Acerca de Neurociencia. Física, biología e informática juntos

Ya hemos mencionado que uno de los resultados de los estudios en la universidad (en nuestra opinión) debería ser la amplitud de conocimientos. Hoy publicamos el puesto de uno de nuestros graduados, que decidieron cambiar la dirección de trabajo después de la universidad, y tratar de ver lo que salió de ella.





Quiero decirle a usted acerca de la investigación interdisciplinaria (frase muy de moda, no lo es), que ahora ocupa. Mientras estudiaba en la Universidad (Licenciatura de la Universidad Politécnica de San Petersburgo y el Maestro Académico en nanotecnología), trabajé en varios laboratorios del Instituto Físico-Técnico. Joffe y participan en diversos semiconductores formularios (epitaxia de haces moleculares, niveles profundos, láseres semiconductores). Ahora el área de mi investigación ha cambiado dramáticamente y se llama neurología. Geográficamente - Stanford, California
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Vamos a tratar de entender.

El propósito de esta ciencia es muy ambicioso - para entender cómo el cerebro. Históricamente, la cuestión se ha estudiado en los campos de la biología, la medicina, la psicología y un poco de filosofía. Ahora lleva la genética, la física, las matemáticas y la informática. En general, la neurociencia se ha establecido como una ciencia independiente en las universidades, incluso comenzaron a aparecer los departamentos pertinentes. En el cerebro humano cerca de 100 mil millones de neuronas y 150 billones de conexiones entre ellos - la escala, por supuesto, incomprensible. Cerebro en este momento es quizás uno de los fenómenos naturales más poco estudiadas.

Muchos han oído hablar de que en el sistema nervioso información se transmite en forma de impulsos eléctricos. El vídeo muestra la actividad de varias docenas de neuronas individuales en el cerebro de ratón:


Mouse (modificado genéticamente con las neuronas fluorescentes) mientras viva y bien (lo cual es muy importante porque en la muerte cerebral no mirar especialmente en eso). El nivel de vídeo de la fluorescencia cambia cuando la generación de neuronas en estos impulsos eléctricos, y el resultado en la celda cuerpos "flash." Impulso eléctrico traicionó a más a lo largo del axón (salida) una neurona a las dendritas (insumos) de los demás. El dispositivo de cada neurona estudió individualmente lo suficientemente bien. También saber qué área del cerebro responsable de qué. Sin embargo, en el nivel de los conjuntos de células neuronales -. Oscuridad completa en términos científicos

Como un conjunto de neuronas realiza ciertas funciones de procesamiento de la información (y que específica)? A medida que la actividad de las neuronas en la memoria codificada y las señales sensoriales como se presenta? ¿Qué propiedades generales del conjunto de neuronas como un sistema dinámico, así como muchas otras preguntas interesantes - y no es algo que muchos científicos están luchando en esta ciencia
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Muchos coinciden en que se trataba de los científicos de física y matemática y la ingeniería será capaz de avanzar en la neurociencia, más esbelta construir teorías basadas en modelos matemáticos abstractos. Sin la "magia" biológica, sin embargo, no es suficiente. Tal es la simbiosis de la ciencia. Por cierto, la gran mayoría de las redes neuronales se estudian en las redes informáticas de las neuronas reales todavía tiene muy poco que ver. Las redes reales son altamente no lineal, y su dinámica, incluso en pequeña escala y no mal descritas por los modelos matemáticos existentes. Pero a ciencia cierta, si podemos construir una teoría, la tecnología de la información prestado un conjunto de algoritmos en el cerebro en el futuro. Por ejemplo, los algoritmos de reconocimiento de patrones de Google trabajan de alguna manera, pero, por supuesto, no es eficiente de la energía y no es tan fiable como el cerebro (para un pedazo de chocolate, por supuesto).

Por último, sobre qué, exactamente, tendrá que vérselas conmigo. Durante dos años he diseñado y creado una instalación para la detección óptica de la actividad en la escala de unos pocos miles de neuronas. La instalación es bastante complicado, con todo fue hecho óptica, electrónica, mecánica y software, en general, a partir de cero. Como resultado, se puede obtener los datos - como un video sólo considerablemente mayor área del cerebro, del orden de 1-2
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Si trazamos una analogía con los semiconductores, entonces sin un microscopio electrónico de barrido para que es poco probable que un láser semiconductor. Así que aquí - Herramientas necesidad de vigilancia, detección y manipulación del objeto de estudio. Ahora, cuando había una herramienta para ser el período más interesante -. Los experimentos reales, y después de la comprensión de los resultados y es de esperar algunos progresos en la comprensión de la estructura del cerebro

Muchos, creo, están interesados ​​en la cuestión de cómo la nanotecnología y la formación en la Universidad Académica se relaciona con lo que estoy haciendo ahora. Aquí están algunas consideraciones. Decida lo que decida hacer en el futuro - todavía tendrá que aprender constantemente nuevas habilidades, conocimientos y habilidades y ningún maestro no puede enseñar todas las capacidades (y espero que no poner tales fines). Esto es especialmente cierto cuando usted está haciendo la investigación, como el hecho de que nadie ha descubierto o no, nadie puede decirle a las nuevas ideas y tener que tocar a mí mismo. En AU creado un ambiente en el que no sólo proporcionan el conocimiento, pero hay habilidades para resolver nuevos problemas para hacer frente a los problemas científicos y técnicos. Esto en mi opinión es muy importante. Por supuesto, si usted decide después del final de la Judicatura para investigar la física de semiconductores y nanotecnología - AU es el mejor lugar de los que yo conozco. Pero incluso si usted desea cambiar la dirección del entonces parcialmente o incluso radicalmente, pues, en primer lugar, todas las puertas están abiertas, y, en segundo lugar, el conocimiento va a trabajar para usted.

Oleg Rumyantsev

Fuente: habrahabr.ru/company/spbau/blog/218573/