水晶玉の代わりに小脳と基底核：脳が未来を予測する方法

今日、私たちはお気に入りの物理学/化学に基づいて研究を検討することから少し後退し、人体の研究に注意を向けます。 より正確には、脳の研究。 この組織は非常に複雑であるため、以前のすべての研究では、いわば1つの答えと10の新しい質問が出されました。 より具体的には、今日、質問に答えることを意図した研究を検討します-脳はどのように未来を予測しますか？ いいえ、タロットカード、コーヒーかす、占星術、その他の非科学的なことについては話しません。 人間の脳が、利用可能な知識を使用して、論理的連鎖を構築し、状況を分析し、近い将来をどのように予測できるかについて話します。 研究者たちは、怠idleな好奇心からではなく、パーキンソン病などの特定の病気の発症時の人間の脳内のプロセスをよりよく理解するために、この側面に注意を払いました。 科学者は正確に何を学び、どのように実験を行ったのか、これは将来の医学にとって何を意味するのでしょうか？ レポートは、これらの質問に対する答えを見つけるのに役立ちます。 行こう



研究の基礎



誇張して言って、脳は人間の最も重要な器官です。 もちろん、心臓がなければ、脳は必要な酸素を受け取らず死んでしまうので、心臓の方が重要ですか？ そう？ 私は同意します。すべての臓器が重要であり、すべての臓器が必要です。 ただし、他の臓器、システム、プロセスなど、脳は他のすべてを制御します。 あなたの鼻はとかされました-脳に情報を伝達する受容体のおかげでこれを知っています。 ありふれた例ですが、あなたはその本質を理解しています。 結論として、あなたの脳の力を失うことは、人に起こりうる最悪の事態の一つです。 そして、残念なことに、認知症、パーキンソン病、アルツハイマー病など、何らかの力で脳の正常な機能を「抑制する」多くの病気があります。 精神障害でさえ、脳の機能に直接関係しています。むしろ、この器官で起こる障害に関係しています。 地球上で最も強力なバイオコンピューターに匹敵するこのような複雑なシステムは、太古の昔から研究されてきましたが、人間の脳を100％で説明できる人はいませんでした。パソコン。」



今日、科学者は「未来の予測」のような曖昧な概念に注意を払うことにしました。 安い舞台テレビ番組の名前のように聞こえますが、欠けているのは水晶玉とフレーズ「I see、I see ...」だけです。 しかし、ジョークはジョークであり、私たちの脳はそのような能力を持っていますが、多くの人が望むほどの超常的なレベルではありません。



本質は、小さな、時には見えないもの、出来事、行動にあります。 一例として、科学者は、経験を考慮して、ボールがネットに当たることを確信して、そのような方法でボールを投げるバスケットボール選手を引用します。 はい、これは知識や因果関係に似ていますが、「予測」という言葉は短く、シンプルで、かなり鮮やかな用語として適しています。 また、車を使用している人は、信号が緑色に変わるわずか数秒前に多くのドライバーがスポットから移動し始めることに気付くでしょう。 これはすべて、超常的な活動のような愚かではありません。スカリーとモルダーは呼ばれるべきではありません。 これらはすべて、私たちの脳の複雑なプロセスの結果です。 互いにボールを投げても、なぜ彼を捕まえるのですか？ あなたの友人が最も頻繁に投げる方法を知っているので、あなたは彼の軌跡を見る。 脳はそのような情報を収集し、特定のタスクを簡素化するために将来使用するために保存します。 すでにまったく同じように起こった何かを分析するのはなぜですか？ 既知のパターンに従ってプロセスに応答し、目的の結果を得ることができます。 私たちの子供の例では-ボールをキャッチします。



私たちはこれらすべての思考プロセスに気づいておらず、それらについても考えていません（どんなにしゃれているように聞こえても）。 しかし、これらのプロセスの違反は、脳や神経系のさまざまな病気に苦しむ人々の生活に影響を与えます。



このような人々の生活を楽にする方法を理解するには、まず、脳が使用するこの予測メカニズムの動作原理を明確に理解する必要があります。 状況依存ですか、それともそのままですか。



まず第一に、科学者たちは、一時的な予測が多くの刺激（音声、音楽、生物学的運動）の準周期性に関連付けられることに注意します。 つまり、内因性の変化は、外部の周期的な信号に関連付けられています。 一方、非周期的な一連のイベントしかない場合、一時的な予測も形成できます。 また、2つのイベント間のギャップがすでにわかっている場合は、完全に分離して形成することもできます。 後者については、前述のドライバーの例で詳しく説明しています。 ドライバーは、しばしば信号がある道路を運転します。 彼はこの信号機の仕組みをよく知っています。 そして、ドライバーは、緑色のライトが点灯した瞬間にドライバーを見る必要さえなくなりました。 これは、この特定の状況に関する以前に獲得した知識を考慮した孤立した予測形成です。 この場合、運転者の脳は、通常の状態で緑色のライトが点灯することを知っているだけでなく、いつ発生するかも知っています。 これを内部ストップウォッチと呼びます。 したがって、この予測は一時的なものです。つまり、脳は一定時間後にイベントを予測します。



神経科学者は、時間予測の性質とメカニズムについてまだ議論しています。 今日の研究では、科学者たちは、時間予測の起源の問題に対する答えがどこにあるのかを発見したと信じています。 しかし、これは理解できます。 より具体的には、小脳および大脳基底核で。





ここで、小脳の場所を見ることができます。



最初の「脳の一部」-小脳-は、運動とバランスの調整を担当する部門です。 それは大脳皮質、脊髄、錐体外路系、脳幹、そしてもちろん大脳基底核と直接つながっています。 このチーム全体が小脳情報を提供します。これにより、エミューは意識的または無意識の動きを調整できます。



最近の研究では、時間的予報の形成に不可欠な役割を果たすのは小脳であることが示されています。 すなわち、間隔の持続時間を決定し、2つの別々の（個々の）時間間隔の差を決定すること。 言い換えれば、5〜10分または10〜15分が経過したことを「感じる」ことができるのは小脳です。原始的な例をすみません。







同様に、基底核はすでにリズミカルな判断、つまり一定の周期的現象（イベント）の原因となっています。



また、小脳は人間の心によって制御されておらず、反対に基底核はいくつかの理論によって制御されていることにも注意する価値があります。 この理論は、人間の睡眠中に基底核が「眠りに落ちる」という事実によって確認されています。



基底核は、運動プロセスの調節にも関与しています（小脳など）。 さらに、それらはあなたが注意を集中している間にアクティブになります。 この時点で、基底核はアセチルコリンと呼ばれる物質を分泌し、これは記憶の形成に重要な役割を果たします。



神経生物学へのこのような小さなエクスカーションは、研究者が時間予測メカニズムの主要な詳細として脳の正確に2つの領域-小脳と基底核-を特定した理由を理解するのにすでに役立ちました。



当然、科学者は彼らの理論を証明しなければなりません。 これを行うために、彼らはいわゆる神経心理学的アプローチを適用しました。 そして今、実験自体についての詳細。



実験の準備



実験には23人の健常者（対照群）-23人、小脳変性症（CD）-13人、パーキンソン病（PD）-12人が参加しました。 重要な点は、すべての被験者が実験前の最後の5年間に音楽的にアクティブではなかったこと、つまり、楽器を演奏せず、聖歌隊で歌わなかったことです。 被験者の脳は、いわばそのような活動のために訓練されていなかったという事実を考慮すると、この小さな人格特性は、研究において実際に非常に重要です。



CDグループは7人の女性と6人の男性で構成され、平均年齢は51.6歳でした。 このグループの被験者の主な診断は、脊髄小脳性運動失調でした：6人-遺伝的状況のため、5人の被験者-不明/特発性病因。



* 2人のテスト参加者は、テストタスクを完了することができないため除外されました。 したがって、CDグループの実際の参加者数は13ではなく11でした。



PDグループは7人の女性と5人の男性で構成され、平均年齢は68.4歳でした。 実験を行う前に、このグループのメンバーはUPDRSテスト（統一パーキンソン病評価尺度）に合格しました。 運動性の平均値は14.2でした。



両方のグループは、他の神経疾患の有無についてもテストされました。



CDグループとPDグループの間に有意な年齢差があるという事実のため、コントロールグループ（健康な被験者）もこのパラメーターに従って選択されました。



100ミリ秒間表示された色付きの四角は、刺激として機能しました。 各実験アプローチでは、2つまたは3つの赤い四角があり、その後に「信号」として機能する1つの白い四角が続きました。 彼の後には、緑の正方形が1つありました。これは、テストの主要なものである「ターゲット」です。 白と緑の正方形の間隔は600ミリ秒または900ミリ秒でした。



被験者の主なタスクは、目の前のターゲット（緑）の正方形が見えるとすぐにキーボードのキーを押すことでした。



実験では、このような実験の3つのバリエーションがありました。それらは下の画像に概略的に示されています。



3つのタイプの実験の概略図：リズミカル、単一間隔、およびランダム。



最初のバージョンでは、3つの赤い正方形があり、その間隔はシグナルとターゲットの正方形の間隔と同じでした。 つまり、色と目的に関係なく、各正方形の間で600ミリ秒または900ミリ秒です。 したがって、このテストオプションは最も予測可能です。



2番目のバージョンでは、2つの赤い四角がありました。 ここで、間隔が変更されました。 上記のグラフからわかるように、赤い正方形と白と緑の間の間隔は同じですが、最後の赤と白の間の間隔は非常に異なります。



したがって、白い正方形の出現を予測することははるかに困難ですが、信号とターゲットの正方形の間隔は最初の2つの間（赤）と同じままなので、これはテスト結果自体に大きな影響を与えません。



テストの3番目のバージョンでは、3つの赤い四角があり、その間隔は600〜900ミリ秒の範囲で完全にランダムでした。 したがって、すべての正方形の外観のリズミシティはそれぞれ厳しく違反され、次の外観を予測することは控えめに言っても非常に困難です。 ターゲットの正方形の外観を予測することは不可能になります。



さらに、早すぎる回答を避け、結果をより正確にするために、テストの25％には、シーケンスの最後にターゲットスクエア（緑色）がありませんでした。



被験者の実験的テストのプロセスは、薄暗い照明と音刺激なしで屋内で行われました。 テストは、灰色の背景に通常のモニターで表示されました。 モニターと被験者間の距離は50 cmでした。



実験中、被験者は32回のテスト（600ミリ秒間隔で16回、900ミリ秒間隔で16回）のうち3回のアプローチ（上記のオプションごとに1回）を行いました。 ランダムな順序でのすべてのテストの25％は「トリック」でした。つまり、ターゲットの緑色の正方形が含まれていませんでした。



参加者がモニターに応答する（キーを押す）と、ターゲットスクエアがモニターに表示される前、または「テストトリック」（ターゲットスクエアがまったくない場合）、および応答遅延が3秒の場合、エラーメッセージがモニターに表示されました。



誰がテストに参加し、どのように実施されたかがわかったので、結果に慣れる必要があります。



実験結果



推測するのは難しいことではありません。反応時間（RT）は、最初の2つのテストバリアント（リズミカルおよび単一間隔）の結果を調査する際の最も基本的な指標です。 この指標は、物事の論理によると、ランダムな間隔でのテストで著しく高くなるはずです。



分散RTの分析は、被験者の4つのグループすべてに対して実行されました。 なぜ4つのグループですか？ 次のグループが意味されます。

• CD-11人;
• CD-matched（CDグループの平均年齢に対応するコントロールグループ）-11人;
• PD-12人;
• PD一致（PDグループの平均年齢に対応するコントロールグループ）-12人。

実験データの分散分析の結果。



グラフAでは、CDグループ（小脳変性症の人）のRTをカウントした結果を示しています。 ここには次の機能が表示されます。ランダムな間隔のテスト参加者と単一間隔のテストの反応率は非常に似ています。 RTのリズミカルテストははるかに優れています。 対照群（CD適合）は異なる傾向を示しました。 ランダムな間隔での反応率は、予想どおり、最高でした。 しかし、他の2つのテストはほぼ同じ結果を示しました。



簡単に言えば、CDグループと対応するコントロールグループはどちらもテストNo. 1（リズミカル）で非常にうまくいき、テストNo. 3（ランダム）でも同様に劣っていました。 しかし、ここでのテスト2では、大きな違いがあります。 小脳変性に苦しむ人々は、コントロールグループ（疾患のない人々）ほど首尾よく単一間隔テストに対処できませんでした。



他の2つのグループの結果の比較：PD（パーキンソン病がある）とPDが一致している（PDグループと同じ平均年齢ですが、病気がない）は異なる結果を示しました。 そのため、PDグループが被験者のコントロールグループとほぼ同じようにテストNo. 2（単一間隔）を実行したことは驚くべきことです。 同時に、テスト3（ランダム）は、予想どおり低い結果を示しました。 テスト番号1は、PDグループとそれに対応するコントロールグループの違いだけでなく、PDグループとCDグループの違いも示しました。 つまり、パーキンソン病の患者は、小脳変性の患者よりも著しく悪い結果を示します。



上記のグラフで、すべてのグループのテスト分析結果の相関関係を確認できます。



科学者のレポートとそれに追加された資料で、試験結果の研究と計算に関するより詳細な情報を見つけることができます。



エピローグ



この研究のおかげで、科学者は、小脳と基底核が、経験、事象の発生頻度の性質、および頻度に基づいて、人間の脳が特定の事象を予測する方法を理解する上で重要な役割を果たすという事実を確認することができました。 対照群とパーキンソン病に苦しむ被験者のデータの分析は、数年前に提唱された理論のみを確認しました。



脳の働きを理解することは、その一見取るに足りない特徴であっても、さまざまな神経疾患の診断に役立ちます。 このような実験を治療法の将来の研究の基礎として使用する見込みは、まだ非常にあいまいです。 しかし、そのような重要ではないが重要なステップを踏むことで、科学者は世界で最も未知で最も複雑な物体の1つである人間の脳の理解に近づいています。



ご滞在いただきありがとうございます。 私たちの記事が好きですか？ より興味深い資料を見たいですか？ 注文するか、友人に推薦することで、私たちをサポートします。私たちがあなたのために発明したエントリーレベルのサーバーのユニークなアナログのHabrユーザーのために30％の割引： VPS（KVM）E5-2650 v4（6コア）についての真実20ドルまたはサーバーを分割する方法？ （オプションはRAID1およびRAID10、最大24コア、最大40GB DDR4で利用可能です）。



VPS（KVM）E5-2650 v4（6コア）10GB DDR4 240GB SSD 1Gbpsまで 6か月の期間を支払う場合は12月まで無料で 、 ここで注文できます 。



Dell R730xdは2倍安いですか？ オランダと米国で249ドルからIntel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TVを2台持っているだけです！ インフラストラクチャビルの構築方法について読んでください。 クラスRは、1米ドルで9,000ユーロのDell R730xd E5-2650 v4サーバーを使用していますか？