Тема IV: «Учимся у природы: умные системы»

Однако, вероятно, наиболее захватывающим приобретением, которым мы обязаны комплексным исследованиям, являются «умные системы» — искусственные системы, предназначенные для решения комплексных задач. Наглядным примером таких систем являются самообучающиеся компьютерные программы и роботы (см. экран, мобильные дополнительные источники, в частности интервью с профессором Шелькопф). Но не следует думать, что эта концепция ограничивается виртуальным миром. Так, например, исследователи планируют разработать самообучающиеся субстанции, способные восстанавливать материалы или бороться с заболеваниями. Более подробную информацию вы найдете в модулях Материалы и Медицина.

Заключение

Итак, в отличие от других модулей этот посвящен не какой-то конкретной классической исследовательской дисциплине, а скорее методам и концепциям, с использованием которых работают на сегодняшний день ученые всех дисциплин: едва ли какая-либо из областей исследований обходится без компьютерного моделирования, все чаще используются концепции самоорганизации или «обучения». Сложность используемых методологий объясняется тем, что почти все исследователи на сегодняшний день занимаются решением комплексных задач, ведь на все «простые» вопросы ответы найдены уже давно.

В этом модуле Вы снова и снова будете сталкиваться с понятиями и графическими изображениями, которые то и дело буду встречаться Вам в различных экспозициях выставки. Это сделано намеренно для того, чтобы еще раз напомнить Вам о ведущей роли понятия комплексности в современном исследовательском процессе.

Модуль 05: Мозг. Чудо в голове

Человеческий мозг представляет собой высокоэффективную комплексную систему. Это настоящее чудо в голове, которое определяет человека, однако мы еще очень далеки от понимания того, чтобы понять его, хотя бы в общих чертах постичь его механизмы в их многоплановости, скорость и комплексность происходящих в нем процессов.

В настоящее время исследованиям мозга уделяется особое внимание и интерес. Нужно также отметить наблюдающийся в этой области исследований прогресс, благодаря которому становятся доступными все более совершенные подробные и наглядные методики получения информации о строении и работе мозга (см. стенд 5.6.1.).Так в ближайшем будущем абсолютной реальностью станут магнитно-резонансные томографы мощностью 7 тесла и их использование для создания индивидуальной карты мозга, а ведь до сих пор эту информацию можно было получить только путем вскрытия после смерти.

Тема № 1: Сто тысяч искр, чтобы увидеть «искру гения»

Нейронная составляющая процессов головного мозга становится все более ясной. Более понятной становится также природа переключения в мозге — механизма, характеризующего степень точности процесса формирования нейронов, а также процедуры образования синапсов и процесса их взаимодействия друг с другом. Понимание этих процессов очень важно, поскольку именно они лежат в основе способности человека учиться, запоминать и забывать.

Прогресс в области исследований мозга позволяет выйти за рамки «внутреннего мира» отдельного нейрона. Так, например, согласно данным новейших исследований глиальные клетки, являющиеся структурными элементами миелинового слоя, окружающего отростки нервных клеток, приобретают все большее значение в процессе передача информации. Или, например, исследования, подтвердившие возможность синтеза белков вне тела клетки.

Результаты исследований показывают, что прогресс в области исследований мозга состоит из огромного количества малюсеньких шажочков, каждый из которых является этапом на пути к пониманию общего принципа функционирования этих мельчайших ячеек мозга — нейронов.

В этой связи особый интерес представляет собой коннектом (см. стенд 5.8.3), а именно не как модель, а как реальность (обязательно просмотреть фильм на мобильном устройстве, который прекрасно это объясняет). Здесь предпринята попытка отобразить связи нейронов, схему соединений в мозге на примере крохотного участка сетчатки мыши.

Все эти исследования на молекулярном уровне важны с двух точек зрения: во-первых, для понимания структуры и работы мозга, а во-вторых, для распознания и при необходимости лечения патогенных структур. Нейродегенеративными являются возрастные заболевания, например, деменция, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера — все это болезни все чаще встречаются в нашем обществе, рост их числа связывают с увеличением средней продолжительности жизни человека. Поиск методов лечения, а также способов замедления развития болезни необходимо начать с основательного изучения механизмов заболеваний. Фундаментальные исследования Общества им. Макса Планка в значительной степени направлены на изучение и понимание этих процессов.

Переход к стенду, посвященному интуиции «Интуиция и сознание»:

Итак, основными составными элементами наших мыслительных и эмоциональных процессов, а вместе с тем и нашего истинного Я, являются коммуникационные процессы нейронных структур головного мозга? В конечном счете ответить на этот вопрос каждый должен сам для себя, поскольку в данном случае речь идет в том числе и о решении вопроса: кто я есть, присутствует ли во мне божья искра, одухотворенное, интуитивное Я, не зависящее от материальных процессов (а значит от нейронных соединений), определяющее уникальность моей личности и, в конечном итоге, ответственное за принятие истинных и важных решений? Существует ли душа? Или отвлеченная свобода мышления, отличающая человека от животного? Свободен ли человек в своей рациональности, своих решениях и волеизъявлении? Именно эти вопросы и делают прикладные нейронауки такими увлекательными, и именно на них этим наукам вряд удастся когда-либо ответить.

Однако что нейробологии все-таки подвластно, так это исследование мыслительных процессов. При этом, например, знаменитый исследователь мозга и директор Института мозга им. Макса Планка, научный руководитель модуля Мозг Вольф Зингер считает, что все принимаемые решения (а значит и волеизъявление человека) имеют под собой материальную основу нейронных связей, и что существование нематериальной «интуиции» до сих пор не доказано.

Переход к стенду 5.2.3. «Машина распознает решения первыми»

Этот эксперимент демонстрирует доказательства того, что устройство, сканер головного мозга, распознает решение прежде, чем оно осознается участником эксперимента. (Условия эксперимента выглядят банально: респондент должен принять решение в пользу сложения или вычитания, но условия проведения поведенческих экспериментов всегда кажутся банальными, однако только в этом случае их можно сопоставить.) Таким образом мозг принимает решение прежде, чем Я формирует свою позицию. В конечном итоге это означает, что понятие свободной воли тоже весьма относительно. Из этого утверждения вытекает еще один спорный вопрос, который широко обсуждается как американскими, так и европейскими учеными: вопрос об ответственности индивида за свои поступки. И вот здесь у нейронауки снова нет решения, все, что она может предложить в этом случае, — это только научные выкладки для общественной дискуссии.

Области применения в будущем

Нейрокомпьютерный интерфейс — понятие, которое в широких кругах зачастую воспринимается как своего рода «апгрейд», усовершенствование, т. е. что-то вроде USB-порта в мозге, с помощью которого можно за ночь выучить японский. Сразу следует сказать, что настолько далеко эта технология еще не шагнула.

В фокусе исследований Общества им. Макса Планка стоит скорее терапевтический аспект. Всемирно известный ученый Стивен Хокинг страдает боковым амиотрофическим склерозом — болезнью, в результате которой человек теряет контроль над своими мышцами и соответственно может общаться с окружающими только ограничено с помощью визуального контакта. Людям с этим типом синдрома «запертого человека» (характерны полное сохранение умственных способностей при полном отсутствии способности к общению) можно было бы вернуть возможность коммуникации с окружающим миром путем создания системы, способной трансформировать электрическую активность (не мышечная активность) некоторых конкретных участков мозга в языковую форму. Пациент думал бы о какой-либо спортивной активности, например, игре а теннис, а компьютер фиксировал бы возникающие при этом электрические импульсы и кодировал бы их в слова, такие как Да или Нет. Так компьютерная программа могла бы стать для пациента чем-то вроде переводчика. Однако в настоящий момент такое применение еще не доступно, поскольку оно требовало бы специальной тренировки пациента, а до сих пор не все пациенты по неясным пока причинам были в состоянии тренироваться в этом виде коммуникации.

Еще одно крайне интересное исследование касается взаимодействия машины и человека на примере летающих роботов. Возможной областью применения ввиду загруженности автомобильных дорог может стать использование вертолетов в качестве альтернативного средства передвижения. Правительство Евросоюза стало куратором проекта myCopter. Поскольку дар к пилотированию есть не у всех, участие человека в управлении вертолетом должно свестись к минимуму, т. е. ученым предстоит изучить возможность создания системы интуитивного управления подобного рода машинами. Для этого необходимо тщательно исследовать поведенческие стереотипы и механизмы восприятия человека. Как осуществляется мультисенсорное восприятие, например, по какому алгоритму происходит влияние головокружения на способность видеть препятствия? И в каких конкретных элементах конструкции вертолета должны воплотиться эти особенности при его использовании в качестве массового вида транспорта?

Модуль 06: Здоровье. Исследования для медицины будущего

Модуль включает в себя 3 тематических области, причем темы «Измерение параметров человека» и «Новые возможности медицины» представлены в директории Предложение, а тема «Глобальное здравоохранение» — в директории Спрос. Эти условные директории пространственно разделили модуль на две части. С одно стороны располагаются темы «Измерение параметров человека» и «Новые возможности медицины». Тема «Измерение параметров человека» посвящена главным образом прогрессу медицины, достигнутому за счет успехов в области секвенирования генома человека. В ее рамках описывается исследование, прослеживающее специальные генные изменения в связи с теми или иными заболеваниями. Тема «Новые возможности медицины» охватывает оставшуюся часть направлений, представленных в директории Предложение: регенеративная медицина (стволовые клетки, биоматериалы), нанотехнологии (среди прочего датчики, наночастицы, загруженные лекарством), оптогенетика и прочие визуализирующие технологии.