Нейросети, генетический потенциал и развитие мозга. Как генетика определяет характер нашего разума

Впервые учёные составили генетическую карту части мозга ^[1], которая отвечает за коммуникацию всех его участков.  Речь идет про мозолистое тело, которое помогает мозгу действовать в режиме «реального времени», обрабатывая и сводя сигналы в работу сознания. Исследование выявило десятки генов, определяющих размер и толщину мозолистого тела. Многие из них активны в период пренатального развития, когда формируются нейронные связи в мозге.

Ключевые факты

Первичный генетический фактор: конкретные генетические паттерны, формирующие мозолистое тело – коммуникационный мост мозга, объединяющий правое и левое полушария ^[2].

Открытие с помощью искусственного интеллекта ^[3]: с помощью искусственного интеллекта за рекордно короткое время была составлена ​​карта мозолистого тела на основе 50 000 МРТ-сканов.

Связь с психическим здоровьем: обнаружены конкретные корреляции между генетическими факторами формирующими мозолистое тело, корой головного мозга ^[4], СДВГ и биполярным расстройством.

Мозг, мозолистое тело и наши гены

Генетический бэкграунд объясняет, как изменения в мозолистом теле связаны с психическими и неврологическими расстройствами. Разработанный группой ученых искусственный интеллект с открытым исходным кодом позволяет исследователям по всему миру быстрее и с беспрецедентной точностью анализировать структуру мозга.

Впервые исследовательская группа под руководством Института нейровизуализации и информатики имени Марка и Мэри Стивенс (Stevens INI) при Медицинской школе Кека при Университете Южной Калифорнии составила карту ^[5] генетической архитектуры важнейшей части человеческого мозга, известной как мозолистое тело. Это толстая полоса нервных волокон, которая соединяет левое и правое полушария мозга.

Результаты исследования открывают новые пути для изучения психических заболеваний, неврологических расстройств и других заболеваний, связанных с дефектами в этой части мозга.

Мозолистое тело и его задачи

Мозолистое тело критически важно для синхронизации базовых функций мозга: от координации движений конечностей до усвоения зрительных и звуковых образов, а также мышления ^[6] высшего порядка и принятия решений.

Изменения в форме и размере мозолистого тела плотно коррелируют с такими расстройствами, как СДВГ ^[7], биполярное расстройство ^[8] и болезнь Паркинсона ^[9]. И до сих пор генетическая основа этой жизненно важной структуры оставалась практически неизученной.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, описан анализ сканов мозга и генетические данные более 50 000 человек, за которыми наблюдали с детства до поздней зрелости. Данные были обработаны с помощью нового инструмента, созданного группой, который также включает в себя искусственный интеллект.

Комментарий исследователей

Мы разработали инструмент на основе искусственного интеллекта, который распознает мозолистое тело на различных типах МРТ-сканов мозга и автоматически проводит его измерения.

Используя его, мы выявили десятки генетических факторов, которые определяют размер и толщину мозолистого тела и его подобластей.

Эти результаты дают генетическую схему одного из важнейших коммуникационных путей мозга.

Выяснив, как конкретные гены формируют мозолистое тело и его подобласти, мы начинаем понимать, почему различия в этой структуре связаны с различными психическими заболеваниями и неврологическими заболеваниями на молекулярном уровне.

Наша работа демонстрирует возможности использования связки ИИ с крупномасштабными базами данных для выявления генетических факторов, управляющих развитием мозга. Связывая генетику со структурой мозга, мы получаем критически важное представление о биологических путях, которые могут лежать в основе психических и неврологических заболеваний.

Жесткая наследственность или пространство для изменений?

Исследование показало, что разные наборы генов определяют площадь и толщину мозолистого тела – две характеристики, которые меняются на протяжении жизни и гибко отражаются в работе мозга. Некоторые из этих генов активны во время пренатального развития мозга.

В частности, в период роста клеток, программируемой клеточной смерти и формирования нервных волокон между полушариями.

Примечательно, что исследование обнаружило генетическое совпадение между мозолистым телом и корой головного мозга — внешним слоем мозга, отвечающим за память ^[10], внимание ^[11] и речь. И эта связь прослеживается в развитии таких состояний, как СДВГ и биполярное расстройство.

Технология исследования мозга и генетики

Исследователи открыли общий доступ к разработанному инструменту на основе искусственного интеллекта, чтобы ускорить будущие открытия. Программное обеспечение, разработанное в Институте Стивенса, использует передовые технологии машинного обучения ^[12] для автоматического определения и измерения мозолистого тела по данным МРТ. Этот подход позволяет учёным анализировать структуру мозга в беспрецедентном масштабе и с беспрецедентной точностью, сокращая годы ручной работы до всего нескольких часов.

Стоит заметить, что Институт Стивенса стал мировым лидером в применении искусственного интеллекта в нейробиологии, разрабатывая инструменты, которыми можно свободно поделиться с исследовательским сообществом. Объединяя огромные массивы данных с передовыми вычислительными методами, институт меняет подход учёных к изучению здоровья и заболеваний мозга.

Искусственный интеллект производит революцию в исследованиях мозга, и Институт Стивенса находится в авангарде этой революции. Разрабатывая новаторские инструменты ИИ и делая их широкодоступными, мы даем возможность ученым по всему миру совершать новые открытия в области мозга гораздо быстрее, чем когда-либо прежде.
Авторы исследования

Я неоднократно пишу об этом в статьях и скажу здесь тоже. Судя по публикуемым открытиям, мы находимся в самом начале смены парадигмы науки. Еще недавно суть открытий сводилась непосредственно к «открытию» новой молекулы, нового участка мозга, нового гена. И на это открытие или моделирование, отводились десятилетия работы, причем без учета того, насколько мы можем использовать эту молекулу или ген «здесь и сейчас».

С появлением баз данных и нейросетей, я нахожу все больше открытий, описывающих масштабные связи. Как здесь: четкая корреляция между генетикой, частью мозга и набором поведенческих паттернов. Причем мы уходим все дальше от гипотез: делай «А» и получишь «Б». Вместо этого рождаются концепции: если делать «А», «Б», «В» в такой-то последовательности, это даст возможность прийти к «Д» и «Е».

Наука ^[13] становится более сложной в контексте количества параметров, которые стоит контролировать ради достижения определенных результатов. Но чем лучше человеку удается связать 100500 факторов своей деятельности, тем разительнее и надежнее он достигает успеха в своем деле.

Традиционно, больше материалов из мира науки и передового края, где технологии сливаются с биологией, вы найдете в сообществе Neural Hack ^[14]. Здесь еще нет технологической сингулярности. Но её отсюда видно.