Отправьтесь в путешествие по джунглям странных нейронов, лежащих в основе вашего чувства осязания, по сотням миллионов лет эволюции животных и плотным нейронным сетям мозга и искусственного интеллекта. Комментарий Сохранить статью Прочитать позже
Что может запомнить клетка?
Размышляя о прошедшем годе, посвященном биологии от Quanta, и пытаясь решить, какие из множества превосходных книг порекомендовать, я полагаюсь на свою память. Но что именно это означает?
«Память» — довольно расплывчатое слово. Для человека, стремящегося вспомнить места, людей или моменты из прошлого, оно означает одно, а для того, кто пытается вспомнить факт, который, как ему казалось, он знает, — совсем другое. Нейробиолог мог бы рассматривать «память» как физическую связь между нейронами или сетями, реактивируемую когнитивными процессами, или как изменения в поведении животного в ответ на что-то, что оно пережило в прошлом.
Но что такое память для клеточного биолога — или для клетки? Именно это исследовала писательница Клэр Л. Эванс в своем научном, философском и семантическом путешествии по давно забытой и недавно возрожденной истории нейронных, или безмозглых, форм памяти. Она рассказывает о проведенных десятилетия назад и совершенно новых экспериментах, проверяющих, записывают ли отдельные клетки переживания, например, импульсы химических веществ в окружающей среде. В процессе эти эксперименты бросают вызов фундаментальным идеям нейробиологии. Для клетки, пишет Эванс, «нет различия между памятью, запоминающим и актом воспоминания». Верно ли это и для нас?
Вот ещё несколько историй из 2025 года, которые, на мой взгляд, стоит запомнить.
Биография Земли в эпоху животных
Одна из многих вещей, которые мне нравятся в биологии, — это то, как эволюция помещает нас в грандиозный контекст глубокого времени. Она связывает нас с миллиардами лет борьбы, выживания и адаптации; она помещает моих предков в неузнаваемые формы и почти непостижимые миры, и помогает мне оценить странность нашей эпохи. Обычно мы видим эти древние миры по одному: кембрийские моря, где правили трилобиты, огромные каменноугольные болота, фантастические динозавры юрского периода. В специальном выпуске журнала Quanta, посвященном фундаментальной науке о климате, Питер Браннен отправляет нас в обширное и увлекательное путешествие по последним достижениям в геологическом моделировании климата, которое пытается сплести эти истории прошлых миров в единое повествование — историю Земли с тех пор, как на ней появились животные.
Рассказать такую историю — задача не из легких. Чтобы создать это грандиозное произведение, Браннену пришлось собрать обширные сведения о климате прошлого — о замерзших и жарких мирах, в которых жили и умирали животные, — и поместить их в контекст выводов, сделанных учеными об эволюции на основе ископаемых и геномных данных. Его усилия окупились в произведении, охватывающем 540 миллионов лет взаимосвязей между горными породами, атмосферой, водой и жизнью, каждая из которых создает и перестраивает другие. Он знакомит нас с «пионерскими лесами, которые создали древний мир с помощью геоинженерии», «тропическими угольными болотами, испещренными гигантскими насекомыми, которые были впервые погребены в эту эпоху, перемещая углекислый газ в геологическую бездну», и меловым планктоном, который дрейфовал, как снег, на морское дно и «доставлялся в глубоководные впадины, подвергался термической обработке, а затем снова высвобождался через извержения вулканов на поверхности в виде углекислого газа».
Этот взгляд выводит нашу историю за рамки биологической эволюции и переводит её в плоскость планетарной эволюции. Он показывает, что всё, чем мы являемся и что когда-либо узнаем, в конечном итоге является частью углеродного цикла Земли. И разве не прекрасно быть живым, дышащим, воплощенным в углероде?
Искусственный интеллект совсем не похож на мозг, и это нормально.
Сегодня мы живем в окружении интеллектуальных сетей электризованных нейронов, которые посылают сигналы для обработки информации, воспроизведения воспоминаний и создания представлений об окружающем мире с помощью языка. Но подождите — я говорю о живом мозге или о нейронных сетях, которые обеспечивают работу искусственного интеллекта?
Биологу подобные сравнения могут показаться злоупотреблением нейронаукой в угоду технологическому маркетингу, но мне все равно интересно: как соотносятся эти два вида сетевого интеллекта? Можно ли что-нибудь узнать о человеческом мозге, сравнивая его с ИИ, или наоборот?
Статья штатного автора Ясемин Саплакоглу дает ответы на эти и другие вопросы. Статья «Искусственный интеллект совсем не похож на мозг, и это нормально» исследует происхождение искусственных нейронных сетей в нейробиологических моделях и показывает, как десятилетия предположений и упрощений первых нейробиологов, занимавшихся вычислительными исследованиями, привели к широко распространенному непониманию сложности, разнообразия и сетевой природы человеческого мозга. Да, искусственные нейроны активируются и соединяются, как биологические, — но клетки, составляющие наш мозг, — это «невероятно сложные структуры», пишет Саплакоглу, — «чье поведение контролируется целым арсеналом молекул, высвобождаемых в точно заданные временные интервалы».
Теперь у меня новое понимание искусственного интеллекта, но, что еще важнее, я по-новому оценил сложность этого чудесного органа в моей голове, «самого сложного фрагмента активной материи в известной Вселенной», как сказал один нейробиолог Саплакоглу. Эта статья была опубликована в рамках серии Quanta о сложных взаимоотношениях искусственного интеллекта с фундаментальной наукой. Ознакомиться со всем проектом можно здесь.
Как парадоксальные вопросы и простое удивление приводят к великим научным открытиям
Я большой поклонник книги эколога Рейчел Карсон «Чувство удивления», опубликованной в 1965 году, через год после ее смерти. В ней она утверждает, что каждый из нас рождается ученым, с врожденным любопытством к миру, которое искореняется по мере взросления. Ее аргументация повлияла на мой подход к научной журналистике, и я нахожу ее воплощение в Ману Пракаше, инженере и микробиологе из Стэнфордского университета, который стал героем интервью для Quanta. Философия Пракаша заставляет его тратить «половину своего времени на изучение неотложных проблем здравоохранения, имеющих глобальное значение, а остальное время — на вопросы, „не имеющие никакой пользы“», — сказал он писательнице Молли Херринг.
Разговор запечатлел бесконечно творческого и активного ученого — сегодня он вылавливает странный планктон, чтобы исследовать его биофизические механизмы, а завтра изобретает недорогие инструменты для диагностики малярии в полевых условиях. Пракаш поддерживает и защищает фундаментальные научные исследования, которые мы освещаем в Quanta, — исследования, которые «служат не чему-то конкретному, а являются основой всего нашего общества», — сказал он Херрингу.
Тактильные ощущения, наше самое сложное чувство, представляют собой совокупность клеточных сенсоров.
Как работает наше чувство осязания? Дэвид Гинти, нейробиолог из Гарвардской медицинской школы, известный некоторым коллегам как «император осязания», посвятил свою карьеру изучению удивительного разнообразия нейронов, иннервирующих нашу кожу. «Эти клетки причудливой формы — причина того, почему тактильные ощущения настолько богаты и многогранны — почему жужжание мобильного телефона отличается от теплого ветерка или ласки любимого человека, от капель дождя или поцелуя матери», — пишет автор Quanta Ариэль Блейхер. «Осознание того, что ваше тело покрыто ими — что они являются частью вас — захватывает дух».
Когда Блейхер предложила мне эту историю, она описала тактильные нейроны как эволюционировавшие достижения инженерной мысли. Это маленькие механические объекты на поверхности нашей кожи или чуть ниже нее, которые при активации температурой или вибрациями различной частоты посылают сигналы в нашу нервную систему, генерируя ощущения — тепло и холод, давление, боль, зуд, удовольствие, мягкость и твердость, а также осознание положения тела в пространстве.
Описания нейронов и принципов их работы, представленные Блейхером, в сочетании с флуоресцентными портретами различных типов клеток, созданными Гинти, передают целый мир, функционирующий за пределами нашего восприятия. Как только вы это увидите, вы уже никогда не будете воспринимать это тонкое, многомерное ощущение прежним образом.
Источник: www.quantamagazine.org
