2017: neuroteaduste aasta mõõdukalt segane ülevaade

Tulime, nägime, tegime natuke sisseoste

Autor: Pixabay

Mida kuradit. Vabandust, mõtlen: tere ja tere tulemast The Spike'i 2017. aasta ülevaatesse neuroteaduses. Tänan kõiki mööduvaid-jumalusi-neid, mis juhtub-tuleb-kuulata, ma ei pea poliitikas aastaarvustust kirjutama. USA presidendi ja Ühendkuningriigi valitsuse ühendatud pahatahtlik ebapädevus kurnab 2018. aasta juuniks tõenäoliselt kõik võimalikud kuritarvituste tingimuste permutatsioonid; pärast seda lähevad nende üha enam dementsetele otsustele ja väljaütlemistele vastuseta, sest me oleme kasutanud kõiki sõnu. Iga üksik. Isegi prantslased. Näiteks Va te faire foutre Trump.

Ajud. Selle nimel me siin olemegi. Nagu zombisid, kuid haridusega. Neuroteaduses on sel aastal olnud palju heli ja raevu. Highbrowi väljaanded nagu Quanta ja MIT Technology Review on puhkenud neuroteaduste lugudega. Neuron avaldas nii palju arvamusartikleid, et pidi pühendama neile terve verise teema. Kui on märke, et mõni teadusvaldkond on jõudnud kuuma õhu kätte, avaldab üks selle eliitajakirjadest teaduseta väljaande. Ja Neuron avaldas 12 kuu jooksul kaks (olen teadlik, kui irooniline on ajaveebi arvamusartiklite üle kaevata, aitäh). Heli ja raev; ja paljud tugevad kandidaadid Nobeli preemia saamiseks Bleedini ilmselgena.

Aga mis teil malestromi hulgast silma jäi? Siin on teie delegeerimiseks neli väljasaatmist, mis saabusid 2017. aastal neuroteaduse esoteerilisematest ulatustest. Neuroteaduse tüüp, mis võib osutuda epokaalseks; või lihtsalt vana huvitav. Ja mida veel saab küsida?

(1) Maga väike uss, ära nuta; Manuel kavatseb sulle laulda hällilaulu

Uni on palju suurepäraseid asju. See elavdab meid ja puhastab meie ajusid. See tundub õppimise ja loovuse jaoks hädavajalik. Meile kõigile meeldiks rohkem. Ilma selleta me sureme. Imetajad vajavad magamist nii halvasti, et unest ilma jäädes lähevad nende aju tükid magama ülejäänud ajast, kui loom asju ajab. Ebamugavate tagajärgedega. Kohutavalt jet-mahajäänud osalejad rahvusvahelistel konverentsidel tunnevad seda posteri ajal kui natuke, kui plaksutate kõigepealt plakatitahvlile, nähtavasti endiselt rääkides, sest teie motoorse ajukoore bitid on läinud “jumal, see on igav, ma olen lähen magama".

Seega tahaksime kõik rohkem teada saada, kuidas aju magama läheb. Ajud on aga suured kohmatud metsalised - kuidas saaksime uurida, kuidas terve aju magama läheb? Manuel Zimmer ja tema meeskond tabasid lahenduse: õppige und pisikeses ussis C Elegans. Jah, ilmselt ussid, kelle kogu kehas on 302 neuronit, magavad. Tehniliselt siseneb see letarguse seisundisse: uss lülitub välja, kuid pole piisavalt tõendeid selle kohta, et ta unistab (peale selle sureva korduva õudusunenäo, kui ta suudetakse kinni hoida baktereid söömast).

Zimmer ja meeskond näitasid meile, et uss pöördub (ja vingerdab) ringi kogu aju ümber, närvisüsteemi aktiivsus ja peatub seejärel ussi magades järsult. Tervelt 75 protsenti selle neuronitest suletakse täielikult; ja ülejäänud tegutsesid aktiivselt, kuid viisil, mis ei olnud seotud nende ärkveloleku tegevusega. Teisisõnu, nad sisenesid teistsugusesse globaalsesse olekusse - see nägi välja nagu juhuslik jalutuskäik fikseeritud punktis (kui olete sellistest asjadest vaimustuses. Milline ma olen. Kuid siis kodeerin lõbu pärast dünaamiliste süsteemide mudeleid. Nii et, tead, ära võta minu sõna). Siin saavutasime une vaatenurga mitte asjana, mille on loonud mõni detailne, diskreetne une “vooluring”, vaid kogu aju dünaamika oleku lülitina.

Kuid see artikkel oli tähelepanuväärne ka selle sisu põhjalikkuse osas. Sageli kahetseme, et teaduse kõige eliitimate ajakirjade - Natures and Sciences - ajalehtedel on kõik suu ja püksid puuduvad: nad annavad hämmastavaid tulemusi kõige vähetähtsamate tõendite põhjal. Kuid see artikkel teaduses Science veetis paar esimest lehekülge sügavale ja üksikasjalikule kirjeldusele, kuidas C-elegaanide (kõik samad liigid, mäletage) peenelt erinevatel sugupuudel oli erinev võime langeda letargilisse olekusse ja kuidas see nende aja jooksul muutus areng. See oli nagu sügava teaduse tulikuum: ei mingit suurt pilti, midagi toretsevat, kuid sügav hoolikas töö, et leida täpne ussitüüp, mis sobib kõige paremini küsimusega, mis juhtub, kui ussid magavad. Teaduses. Hull jama. Kas on veel lootust?

(2) Kas soovite kuulda hääli?

Kuulmishallutsinatsioonid. Võib arvata, et need olid objektiivse uurimise jaoks keerulised katsed, nähes, et need määratlevad praktiliselt isikliku subjektiivse kogemuse. (Pretensiivne, moi?) Kuid kuna hallutsinatsioonid on skisofreenia ja muude kognitiivsete häirete kurnav tunnus, oleks nende teadmine sellest, kuidas aju neid loob, pigem kasulik. Sel aastal tabasid Phil Corlett ja kaaslane kena idee: miks mitte luua kuulmishallutsinatsioone nii tervetel kui ka spontaanselt nende käes kannatavatel inimestel? Kui me siis mõõdame erinevust selles, kui lihtne on kahes rühmas hallutsinatsioone tekitada, võiksime teada saada midagi hallutsinaatorite aju erineva toimimise kohta.

Sest selgub, et saame tavalistel inimestel kuulmishallutsinatsioone tekitada. Pole midagi hirmutavat, lihtsalt kuulda midagi, mida seal pole. See on relvastavalt lihtne: ühendage välgu välk lühikese heliga, mida saate peaaegu kuulda. Tehke seda palju. Siis lihtsalt vilguge tuli ise. Isegi tavalised inimesed teatavad heli kuulmisest hea protsendi ajast. Selle uue uuringu tuum oli: teeme seda ka inimestel, kes juba kuulevad kuulmishallutsinatsioone ja küsivad, kas nad kuulevad rohkem hallutsinatsioone? Ja kui jah, siis miks?

Vastus oli: jah, jah, nad teevad seda. Palju muud. Ja ka palju vaiksemate helide jaoks. Kuid peamine arusaam oli selles, et autorid kasutasid neid andmeid mudeli “miks” saamiseks. Ja vastus oli ennustatavalt - ennustus. Need valguse ja heli paarid panid aju ennustusi tegema. See ennustab, et valgus tähendab ka heli olemasolu. Nii et kui välk tuleb üksi, läheb aju kohe ette ja ennustab heli, kui seda pole. Tavalistes inimestes võidab see ennustus mõnikord sensoorse tõestuse põhjal, et heli ei olnud, ja kuuldakse heli, kus seda pole. Kuid hallutsinaatorites domineeris see ennustus, nii et nad kuulsid palju rohkem väljamõeldud helisid.

Mis kõik sobib huvitava hallutsinatsioonide teooriaga, et need tekivad siis, kui aju hakkab väliste maailmast pärit teabe kasutamise asemel lisama ennustustele liiga palju usutavust. Nagu jalgpallitüdrukud. Põhimõtteliselt on hallutsinatsioonide teooria, mida-kurat-on-Alan-Shearer-rääkinud-umbes-nüüd-teinud-ta-isegi-valvas-seda-sobivat teooriat.

(3) Suur ajakiri avaldab nulltulemuse. Selle biti pealkiri ei ole trükiviga. eLife avaldas artikli, milles käsitleti peaaegu täielikult efekti puudumist.

Juba 2004. aastal pakkus Science välja väga mõjukas artikkel, et Parkinsoni tõvega patsiendid, kes kasutasid oma dopamiiniravimit või pärast seda, näisid õppivat sama ülesande kohta erinevaid asju. Need, kes said ravimeid, õppisid valima võimalusi, mis kõige tõenäolisemalt premeeriti, soovitades, et nad õpiksid kõige paremini positiivse tagasiside põhjal. Need, kes ravimeid ei saanud, õppisid vältima võimalusi, mille saamine oleks kõige tõenäolisem, soovitades, et nad õpiksid kõige paremini negatiivse tagasiside põhjal (st tasu kaotamise kohta). See leid tekitas kogu mõtteviisi selle kohta, kuidas dopamiin kontrollib õppimist selle mõju kaudu neuronite tükkidele, mida me nimetame basaalganglionideks.

2012. aasta paberlehes väideti, et midagi on valesti. Seal teatasid Shiner ja co, et tegelikult võiksid nii ravimeid saavad kui ka ravivabad patsiendid õppida seda ülesannet samamoodi ning õppida seda sama hästi kui kontrollrühma. Kuid see, mida patsiendid teha ei saanud, oli üldistada seda, mida nad olid õppinud, kui nad silmitsi seisid uute võimaluste kombinatsioonidega - nad ei suutnud õpituga õpitut võtta ja uuel viisil kasutada. Mis see siis oli? Kas dopamiini ravimid muudavad õppimisstiili või võimet kohandada õpitud teavet uutele valikutele?

John Grogani juhitud Liz Coulthardi eLife'i selle aasta uuringu eesmärk oli jõuda mõistatuse põhja, korrates kogu uuringut uuesti, ja kõigis võimalikes kombinatsioonides sellest, kas patsiendid olid ravimise ajal või ilma. õppimine või katsetamise ajal. Ja nad ei leidnud midagi, nada, niente, ega vorsti. Vika kõik. Nad ei leidnud erinevust patsientide vahel ega erinevust patsientide ja kontrollide vahel. Ja leidis selle kolm korda. Väga veenev nulltulemus, kõik rääkisid.

Tohutu töö, ilma “positiivse” tulemuseta ja avaldatud siiski eliitajakirjas. Veidi miinuseid on see, et meie haare dopamiinist sarnaneb veelgi pandaga, mille keel on kinni haaratud Rubiku kuubisse: valusalt segamini.

(4) Ühe närvisüsteemi muutmine teiseks.

Paljudele küsimustele, kuidas ajud töötavad, ei saa keerukate loomade puhul vastata. Sellised asjad: kas sama käitumine võib tekkida erinevate närviskeemide korral?

Kuid Paul Katz teab, kuidas nendest probleemidest mööda pääseda: kasutage tuimasid kui kalju merelistest selgrootutest. Fenomenaalses töös, millest imetajate neuroteadlased võivad ainult unistada, võtsid Sakurai ja Katz kaks lähedalt seotud meriliigade ujumisliiki ja näitasid, et hoolimata sama ujumisliigutusest ja väga sarnastest neuronitest, oli nende neuronite vaheline juhtmestik erinev . Sama käitumine, samad neuronid, kuid erinevad vooluringid.

Rütmilisi liikumisi, nagu ujumine, tekitavad isevoossed vooluringid, mille neuronid lõhkevad regulaarsete ajavahemike järel aktiivsusega, iga plahvatus põhjustab lihase kokkutõmbumist. Nii ütles S&K: õige, nii et need kaks vooluahelat peavad tekitama sama lõhkemist, kuid erineval viisil. Selle tõestuseks blokeerisid nad mõlema liigi sama neuronipaari sünapsid. Ühes liikides laskis see teistel neuronitel langeda aeglase purunemise mustritesse, mis ei sobinud päris õigesti. Teises hävitas see blokaad purunemise täielikult. Samad neuronid, erinevad efektid.

Neil kahel merelõel on ühine esivanem. Nii et need kaks erinevat vooluringi tähendavad, et evolutsioon on ajendanud selle vooluahela erinevat juhtmestikku, hoides samas sama käitumist. Evolutsioon toimis siin neuronite vahelistel juhtmetel, mitte neuronite tüüpidel ega saatjate tüüpidel, mida nad kasutasid. Kui see on tõsi, peaks see tähendama, et võiksime võtta ühe vooluringi ja ümber tõmmata, et see sobiks kokku teisega, ning saada mõlemas ühesugused tulistamismustrid. Mõned ulme gubbiinid sealsamas. Ma mõtlen, kujutage ette, kui me suudaksime seda.

Me saame. Täpselt nii tegi S&K.

Alustuseks lihtsustasid nad oma ülesannet, blokeerides taas sama neuronipaari, võttes vooluringi mõlemast liigist ainult nelja neuronini. Jälle tekkisid nad aeglaselt, valesti ühes; ja sodivad kõik teises. Ainult erinev oli kaks ühendust aeglase lõhkemise vooluringis, mis puudusid üleni ahelas. Nii et nad lõid need ühendused ise - tegid kunstlikke sünapsisid. Nad salvestasid lähteallikast pärit neuronist, muutsid selle neuronite väljundi ennustatud väikeste kõikumiste kogumiks, mida see peaks põhjustama teise otsa neuronis; ja süstis saadud signaali elektrilise sisendina sihtnärvi neuronisse. Voila, kunstlik sünaps. Loputage ja korrake mõlemat puuduvat ühendust.

Ja ennäe, kõiksugu ahel algas aeglaselt, valesti lõhkedes kõigil samadel viisidel ja samades neuronites. Nad muutsid ühe looma närvisüsteemi teise looma närvisüsteemiks.

Seda kõrget virisemist, mida te kuulete, imetavad imetajad neuroteadlased vaikselt armukadedusega. Mere nälkjad (© Angela Bruno doktorikraadi kaitsmine):

Ja 2017. aastal oli nii palju muud. Rafael Yuste sai lõpuks lindistada KÕIK NEURONID (noh, Christopher Dupre salvestas kõik neuronid). Lõplikult avaldati mängu muutuv sond Neuropixels, mille jäljendiks oli eelmise aasta ülevaade. Elsayed ja Cunningham esitasid ebamugava küsimuse: teate kõike seda põnevat, mida me leiame suurtest neuronite populatsioonidest - teate, need loodusepaberid -, mis siis, kui nad on vaid artefaktid paljude üksikute neuronite liitmiseks tõeliselt tuhmi häälestamise ja pole üldse pistmist “elanikkonna” erilise kastmega? Nad andsid meile hulga võimalusi katsetamiseks; ja leidsin, et seal on mingi eriline kaste. Phew. Tähistasime James Parkinsoni traktaadi „Essee värisevast halvatusest” 200. aastapäeva, mis käivitas neuroloogiliste häirete süstemaatilise uurimise. Ja meil oli ilmutus, et "teadustööde loetavus on viimase paarikümne aasta jooksul vähenenud" - autoritel puudub selle lause iroonia. Jah, teaduslikes dokumentides kasutatavad sõnad on aja jooksul muutunud keerukamaks. Ja kõige hullem kurjategija? Geneetika. Kuid me teadsime seda juba.

Üks asi, mida me teadlased võib-olla alahindame, on see, et kui tähelepanu pöörate, peate alati kuulma häid uudiseid. Loodusmaailma mõistmise edusammudest; tehnoloogiliste läbimurrete osa; meditsiiniliste imetlustega. Ja nendel killustatud natsionalismi idiootsetel aegadel saame kuulda riikidest, kes teevad koostööd, koostööst, mis ületab kõik erinevused.

ITER jõudis poole teele. Tuumasünteesi abil on see võib-olla ainus elujõuline püsiv lahendus meie samaaegsetele süsiniku- ja energiakriisidele ning ITER on ainus katse, et lähitulevikus see äriliselt tööle saada, võib selle taas teele asumine olla vaid suurepärane asi. Ja koostööna 35 riigi vahel, kes ajalooliselt ei saa nii hästi läbi (sealhulgas ühelt poolt USA, Venemaa, Hiina ja teiselt poolt Hiina, Jaapan ja Korea), tähendab see ka seda, et suudame ikkagi võta kokku.

Veelgi parem, sel aastal avati uus sünkrotron. Tore, sa mõtled, et see on veel üks kõrge intensiivsusega valguseallikas kristallide vaatamiseks. Vau-de-doop. Ah, aga see on Lähis-Idas ainus sünkroon. Asub Jordaanias, kuid on üles ehitatud Iraani, Jordaania, Egiptuse, Iisraeli ja Palestiina koostöös. Ma lasen teil tagasi minna ja lugeda seda riikide loetelu uuesti. Teadus ületab jälle konflikti ja poliitika.

Ja nad nimetasid seda: Synchrotron-light eksperimentaalse teaduse ja rakenduste jaoks Lähis-Idas. Jah, ametlik lühend on: SESAME. Ja ametlik rahastamisprojekt? Avage SESAME. Naerma. Meil läheb hästi.

Tahad rohkem? Jälgi meid Spike'is

Twitter: @markdhumphries