«Нейроны лица» активировались непохожими на лица изображениями
«Нейроны лица» в зрительной коре активируются в ответ на изображения с визуальными паттернами лица, но непохожими на него — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Изображения для исследования создали при помощи генеративной нейросети, а их похожесть на лицо измеряли в соответствии с мнением испытуемых.
Чтобы проанализировать поток визуальной информации, мозг выделяет в ней отдельные параметры: оттенки, линии, категории объектов. Для таких параметров в зрительной коре существуют специализированные нейроны — они активируются в ответ на нужный параметр. Сначала информация обрабатывается на уровне простых черт и соответствующих им нейронов, а связи между ними позволяют «собирать» более сложные изображения и передавать информацию о них следующим типам нейронов. К последним можно отнести «нейроны лица», расположенные в зрительной коре.
Правда эти клетки не всегда реагируют только на лица — они могут частично активироваться в ответ, например, на круглые часы или фрукты. Поэтому до сих пор не было понятно, реагируют ли «нейроны лица» на соответствующую семантическую категорию изображений или на визуальный паттерн. Иными словами, действительно ли эти клетки распознают лица, а не все похожие на них изображения.
Ученые из технологического института Калифорнии и медицинской школы Гарварда по руководством Александры Бардон (Alexandra Bardon) провели ряд экспериментов, чтобы ответить на этот вопрос. Для этого они использовали генеративную нейросеть XDream: алгоритм создал один набор изображений, которые активируют «нейроны лица», а также набор для другого типа клеток — для контрольного эксперимента. Также ученые использовали «обычные» изображения — как лица, так и другие объекты (фрукты, автомобили и так далее).
Эти стимулы биологи предъявляли испытуемым, пока внутричерепные электроды считывали активность нужных нейронов. После каждого изображения участники выполняли задание: описать изображение любым словом, выбрать лучшее из пяти, сравнить сгенерированные нейросетью изображения с «обычными» (среди которых были лица), а также определить, как сильно и чем картинка похожа на лицо.
Оказалось, что изображения, созданные на основе активности «нейронов лица» действительно больше напоминали испытуемым лица (р ≤ 0.001). Кроме того, для естественных изображений лиц ученые действительно установили корреляцию между оценкой похожести картинки на лицо и ответной активности «нейронов лица» — чем больше изображение напоминает человеку лицо, тем активнее клетки. Однако обнаружить такую корреляцию для изображений из нейросети не удалось: даже когда испытуемый не распознавал лицо в изображении, его «нейроны лица» активировались. Этот вывод свидетельствует о том, что для активации нейронов достаточно визуальных паттернов, даже если они не входят в семантическую категорию «лица» в сознании человека.
Помимо «нейронов лица» в мозге есть и другие клетки, ответственные за распознавание и анализ отдельных стимулов. Так, например, в этом месяце ученые обнаружили сразу и «нейроны пения», и «нейроны сложения и вычитания».
Анна Муравьёва
Эффективнее всего себя показала композиция «We Will Rock You»
Швейцарские ученые внедрили механочувствительные рецепторы в клетки, способные высвобождать инсулин, и они стали реагировать на звуковые волны: ионные каналы впускали положительно заряженные ионы кальция, что заставляло содержащийся в них инсулин сливаться с мембраной и высвобождаться наружу. Эффективнее всего этот процесс происходил под песню «We Will Rock You» группы Queen: у мышей, которым вживили эти клетки, после прослушивания песни заметно снизился уровень глюкозы в крови. Эксперимент описан в журнале The Lancet Diabetes & Endocrinology. Слуховые косточки преобразуют акустические волны звука в механические колебания, которые активируют механочувствительные ионные каналы в волосковых клетках. Вход ионов в клетку приводит к деполяризации мембраны и созданию потенциала действия. Подобные механочувствительные ионные каналы распространены повсеместно у всех организмов, в том числе бактерий, что может быть использовано для генной терапии различных заболеваний: встраивание подобных рецепторов и их активация могли бы менять потенциал действия клетки и, как следствие, ее активность или даже функцию. Однако системная доставка низкомолекулярных триггерных соединений затруднена из-за их иммуногенных эффектов, а физические триггеры, такие как свет, ультразвук, магнитные поля, радиоволны, электричество и температура, не всегда удобны в практическом применении. Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Мартина Фуссенеггера (Martin Fussenegger) создали стабильные трансгенные клональные линии клеток, способные высвобождать инсулин, которые конститутивно экспрессируют механочувствительные рецепторы Piezo1 млекопитающих или бактериальные механочувствительные рецепторы MscL. Уровень звука в 60 децибел при частоте 50 Герц, который находится в пределах безопасного диапазона для человеческого уха, эффективно активировал эти рецепторы, что приводило к индукции высвобождения инсулина. Визуализация MscL-положительных и MscL-отрицательных клеток показала значительно более высокие уровни внутриклеточного кальция в первой популяции клеток, что означает массовый вход кальция в клетку при активации механорецепторов. Затем ученые проверили влияние различных жанров музыкальных произведений на высвобождение инсулина. Выяснилось, что популярная музыка с низкими басами и саундтреки к фильмам вызывали максимальное выделение инсулина, в то время как реакция на классическую музыку и гитарную музыку была более разнообразной и зависела от композиции. Песня «We Will Rock You» группы Queen высвобождала почти 70 процентов инсулина в течение пяти минут. В эксперименте на мышах с диабетом и трансгенными клетками эта песня приводила к выработке достаточного количества инсулина, чтобы быстро снизить колебания гликемии во время тестов на толерантность к глюкозе. На втором месте по эффективности оказался саундтрек к фильму «Мстители». Клетки активировались только в том случае, если звуковые волны непосредственно воздействовали на кожу над местом имплантации не менее 15 минут Речь, наушники, низколетящие самолеты, газонокосилки, пожарные машины и гудки не приводили к нежелательной секреции инсулина при восприятии с разных расстояний и направлений. Таким образом, эти клетки защищены от незапланированного выброса инсулина. Ученые считают, что эту разработку можно рассматривать как потенциально реальную замену уколам инсулина для людей с диабетом. Ранее мы рассказывали, что введение инсулина в нос помогло людям с деменцией улучшить их когнитивную функцию.
