Как нейронные сети мозга кодируются в генах?

[leo]

Я по специальности программист и довольно много занимался нейронными сетями. Меня интересует процесс кодирования нейронных сетей мозга генами.

Многие нейронные сети в мозгу животных/человека уже сформированны на момент рождения - поскольку у новорожденных животных и человека уже существует множество программ поведения.

Для того, чтобы описать (или закодировать) нейронную сеть, нужно для каждого нейрона перечислить все нейроны, к которым подсоединен его выход, и а так же коеффицент усиления в каждой связи.

Интересно, как образуются нейронные сети в мозгу зародыша: вначале нейроны просто делятся, а когда их уже много, то они начинают создавать связи друг с другом или каждый новый нейрон сразу же подсоединяется к тем уже существующим нейронам, с которыми должен быть связан?

Известны ли гены (или группы генов), которые кодируют определенные нейронные сети в мозгу?

Например, могут ли сейчас ученые проследить развитие у зародыша нейронной сети, имеющей отношение к речи, и найти, какие гены "включаются" при создании этой сети?

[leo]

Сообщение от sher

для сравнения можно было бы сказать, что раз по телевизору идут одни и теже каналы, а по ним транслируют одни и теже передачи, то где-то в недрах телевизора прошиты новости и погода.

приведеный вывод попадает в категорию наиболее правдоподобных объяснений, которые однако без проверки могут оказаться ложными, а само явление иметь другое, более замысловатое объяснение.

часть нейронов к моменту рождения уже установили синаптические связи, а большая часть их возникает после рождения на основании взаимодейсвтия нейронов, активирующихся в процессе специфической деятельности. если говорить о связах, которые имеются на момент рождения, то я не уверен, что сам момент выхода из утробы для нейронных связей является неким водоразделом: до и после. как известно, эмбрион ведет себя активно и внутри матери.

предлагаю другую идею: связей между нейронами изначально нет. да и сами нейроны появлются не сразу после зачатия. как только начинают образовываться нейроны, какая-то их часть устанавляивает между собой связи. это регулируется также как развиваются все другие органы тела.

Насчет телевизора мы знаем, что он получает информацию извне. Насчет животных (млекопитающих) - до рождения они не могут получать, скажем, зрительную информацию из окружающего мира. И все же новорожденный теленок отличит маму-корову от волка. Для того, чтобы научиться распознавать хищников, ему не нужно с ними встречаться - нейронная сеть, ответственная за это, уже существует в его мозгу. А это значит, что она закодирована в ДНК - больше вроде негде.

Животные рождаются с готовыми и хорошо отточенными программами поведения. Пчелы при жизни не учатся собирать мед - они с рождения это умеют. Человек в этом плане сильно отличается от остальных животных - его программы поведения в большенстве своем формируются после рождения и поэтому они гораздо более гибкие, чем у животных. В сущности, это одно из основных отличий человека от животных - он рождается "раньше, чем надо", когда его программы еще не готовы, и они формируются, взаимодействуя с окружающей средой - вот почему человек такой гибкий.

Я интересуюсь, известно ли современной науке, как кодируются нейронные сети в генах, или никаких данных на этот счет нет.

[Sonta]

я бы мог детально обьяснить как формируется вся нервная система включая мозг ..да и весь организм и как и где все это закодированно

но для начала обьясните мне как работает компьютер
давно мечтаю понять

[Krass]

Сообщение от неэтолог

Давайте по очереди, немножко мы о Вам компьютере, Вы нам о мозге, так и будем продвигаться.

Начинайте, с интересом почитаю -люблю учиться.

[VPolevoj]

Сообщение от неэтолог

Уж больно мне это напоминает одну из моделей средневековых представлений, когда из глаз выходили невидимые щупальца, осязали пространство и таким образом имевший глаза мог составлять представление о творящемся вокруг него.

Это, между прочим, не какие-то там "средневековые представления", а мысли Рене Декарта (1596-1650). Конечно они звучат наивно. Даже наша преподавательница по философии, когда рассказывала об этом, посмеивалась и выражала интонацией сарказм. Но нужно понимать, что в то время знания о физиологии человека и животных практически отсутствовали. И Декарт оформлял свои представления как умел.

"Декарт полагал, что при воздействии раздражения на орган чувств натягиваются нервные нити, идущие к мозгу, и открывают расположенные на внутренней поверхности мозга отверстия, через которые выходят находящиеся в мозговых желудочках «животные духи». Последние, подобно частицам пламени, проходят по нервам и втекают в мышцы, вызывая их сокращение. Декарт считал, что некоторые реакции человека, например отдергивание ноги от огня, происходят соответственно описанному им механизму. Произвольные же движения человека зависят, по Декарту, от наличия в теле души, которая имеет свое местопребывание в верхнем мозговом придатке — эпифизе."

А теперь возьмем для сравнения теорию нервизма, идеи о главенствующей роли центральной нервной системы в регуляции всех функций и физиологических процессов в организме животных и человека, которая была введена в научный обиход И.Павловым в 1883 году и которая актуальна до сих пор.

Если эту теорию пересказать простыми словами, то получается так.
Из мозга выходят в разные стороны "нити", по которым от органов чувств идут сигналы, которые, замыкаясь в центре, образуют (рефлекторные) дуги, и по исходящим каналам идут к мышцам вызывая их сокращения. Так работает нервная система.

И это СОВРЕМЕННЫЕ представления!
И чем же они отличаются от тех, что придумал для себя Декарт?

[Sonta]

никакой современной модели мозга и не существует ....
существуют представления людей которые работают в этой области
существуют популярные книги написание которых научной цели не преследуют
при этом каждый специалист работает в своей области ...из тех отходов научного процесса которые мы получаем в виде каких то сенсационных заметок вряд ли можно сформировать представление которое бы тянуло на состояниие" я понимаю"
попробуйте проштудировать 10 разных учебников по нейрофизиологии
для того чтобы просто разобраться с этими знаниями вам понадобится еще 100 учебников ...у нас нет на это время ..за то у нас есть время
на развлечение на этом форуме

[leo]

Сообщение от Sonta

я бы мог детально обьяснить как формируется вся нервная система включая мозг ..да и весь организм и как и где все это закодированно

Поясните, пожалуйста. Например, известна ли группа генов, кодирующая ту структуру в мозге, которая ответственна за речь? Каков размер речевой структуры в мозгу? Сколько нейронов? И сколькими генами они закодированы? И как в процессе развития эмбриона запускаются эти гены и строится речевая структура? (Например, каждый ген ответственен за один нейрон? или как?)

Сообщение от Sonta

но для начала обьясните мне как работает компьютер
давно мечтаю понять

Упрощенно.

У компьютера есть три (совершенно отдельные) основные части:

1. Процессор.
2. Память.
3. Устройства ввода/вывода.

Допустим, вы открыли окно Микрософт Ворд и печатаете текст.

Тогда где-то в памяти компьютера выделено место для программы "Ворд".

Это место разделено на две части.

В первой части, которая неизменна, находится сама программа (которая была туда загружена с жестского диска).

Во второй части находятся все данные, которые изменяются программой, например, текст, который вы набрали, цвет шрифта, размер букв и любая другая текущая информация.

Память компьютера - как текст, это просто список "строк" одинаковой длины. Каждая строка имеет "адрес". По данному адресу можно либо получить содержимое строки памяти, либо записать в эту строку свою информацию.

В каждый момент времени процессор считывает из памяти, где записана программа, одну "строчку" (называемую инструкцией), исполняет ее и переходит на следующую инструкцию (или "прыгает" в другое место программы).

Есть несколько видов таких инструкций:

1. Пойти в память по такому-то адресу и считать оттуда то, что там есть.

2. То же самое - только не считать, а записать свою информацию.

3. "Прыгнуть" в другое место программы - по новому адресу.

4. If: проверить некое условие - если оно верно, прыгнуть по одному адресу, если не верно - по другому. Условие - математическая формула, например: if x > 2 - то есть, если в памяти сидит число больше двух, то...

Устройства ввода/вывода - это та же память, просто отдельная. Когда нужно что-нибудь нарисовать на дисплее, процессор пишет информацию в память дисплея. И тогда некое другое устройство высвечивает на дисплее точки нужного цвета в нужном месте.

Вот так, очень грубо конечно, работает компьютер.

[leo]

Сообщение от sher

гены не кодируют нейронную сеть.

более того, не понятно, что Вы называете кодированием нейронной сети в отношении мозга.

где данные, которые бы подтверждали это?



нет никаких врожденных программ у животных аналогичных программному коду на компьютерах.

термин момент рождения не конкретен, поскольку эмбрион еще в утробе реагирует на сигналы.






нет. потому что это неправильно поставленный вопрос, который сформулирован так из-за неправильного понимания принципов развития организма. и его отличия от компьютера.

нейрон это клетка. они размножаются также как и все клетки тела. по мере своей активности они устанавливают связи между собой. топографически случайно, без какого-то контроля со стороны генов. установление связей в нейронах мозга это самонастраивающийся и самооптимизирующийся процесс. который по определению не может быть детерминирован наследственно. если вы блокируете часть мозга со сформированным участком обработки какой-то информации, через некоторое время возникает подобный центр в другой части мозга.



нет. потому что этого нет в природе.



****

пример: нормальная дикая окраска кошки в полоску. но нет гена, который бы контролировал появление плосок как таковых. есть ген, который отвечает за выработку меланина, черного пигмента. а полоски это эффект от распределения меланина вдоль волоска. сам процесс распределения пигмента зависит не только от наличия гена, но и от его взаимодействия с другими генами, от температуры, гормонов и прочих факторов среды.

Извините, но мне кажется, что вы просто придираетесь к моим словам.

Я хотел сказать вот что: у ребенка - когда он родился и когда еще в животе тоже - уже в мозгу есть сформировавшиеся нейронные сети. Потому что он, как вы верно заметили, реагирует на сигналы. Как построились эти сети? очевидно, что в ДНК есть информация, которая определяет строение этих сетей - (гены). Структура у нейронной сети строго определена, значит должны быть гены, по которым она строится.

Вы правы в том, что полоски у кошки и любая другая структура в организме зависит не только от генов, но и от температуры, гормонов, питания и проч.

Но у всех новорожденных детей сходные нейронные сети в могу, "питаются" они одинаково, температура тоже одинаковая. Различны только ДНК. У ребенка шимпанзе другие нейронные сети на момент рождения потому, что ДНК другая, а не из-за еды и температуры.

Вы пишите: "Установление связей в нейронах мозга это самонастраивающийся и самооптимизирующийся процесс".

Но этот процесс детерминирован ДНК.

Так же можно сказать, что установка операционной системы в компьютере - тоже "самонастраивающийся и самооптимизирующийся процесс". Но он полностью детерминирован информацией, имеющейся на инсталяционном диске системы.

Где еще может храниться информация о том, как соединяются нейроны мозга? В хромосомах, митохондриях, белках, уже имеющихся в яйцеклетке, белках, поступающих к эмбриону от матери. Кажется, это всё.

[leo]

Сообщение от sher

люди, о чем вы думаете? как вы думаете?

в статье написано, что "39% различий в показателях ученые отнесли к генетическим эффектам"

там есть слова "нейронные сети"? там вообще объяснен механизм распознавание? там объяснено влияние предполагаемого генетического эффекта на распознавание?

давайте на основании этой статьи скажем, что у нас в мозгу есть генетически детерминированный набор лиц и поэтому близнецы его опознают? вы абсурд то хоть чувствуете?

честно говоря я не понимаю куда вас все время несет? гены и врожденные программы это гламурно? это объясняет ВСЕ? и хочется в двух словах ВСЕ объяснить? в то время как даже нет понимания как домашняя кошка выражает агрессию? или зачем в гнезде у аиста лишняя самка?

когда владелец собаки похож на своего пса это генетически детерминировано? когда жена и муж в один момент говорят одну и туже фразу это генетически детерминировано?

люди, сделайте над собой усилие, разберитесь в азах. не засоряйте эфир.

Зря вы так кипятитесь. Информация не берется из ниоткуда. Вы правы, новорожденный ребенок не многое может, чтобы распознавать лица ему нужно вначале их понаблюдать.

Но.

Сколько бы крокодил лиц людей не наблюдал - вряд ли научится распознавать.

Вывод: у новорожденного ребенка в мозгу уже готовый аппарат для "обучения распознавания лиц" и для "обучения всему, что умеет взрослый человек".

Такая формулировка вам больше подходит?

Итак: откуда мозг новорожденного ребенка, который не контактировал с внешним миром, умеет "обучаться всему человеческому"?

Назовите это, как хотите - нейронный сети, программы - суть в том, что новорожденный мозг - очень организованная машина, в которой уже очень многое заложено.

Как оно туда заложилось? Откуда взялась информация?

Очевидно, что только из ДНК - больше не откуда.

Вывод: ДНК кодирует (или если это слово вам не нравится, то: программирует или просто определяет) структуру мозга еще до того, как человек попадает в наш мир.

[leo]

Сообщение от sher

leo,
не подобные ли статьи натолкнули Вас на стартовый вопрос этой темы?

http://www.generation5.org/content/2000/nn_ga.asp
http://www.cs.bgu.ac.il/~omri/NNUGA/

Ну вы уж совсем обо мне плохого мнения.
Я закончил степень магистра по прикладной математике в области machine learning (конкретно: statistical learning). Нейронными сетями тоже занимался.

Да, сейчас используются эволюционные алгоритмы оптимизации.

Например, эволюционные алгоритмы, которые "создают" компьютерную программу, оптимально решающюю некую задачу.

И еще например, эволюционные алгоритмы, оптимизирующие нейронную сеть.

Задается числовое кодирование нейронной сети - ее "генетический код".

Затем код изменяется случайно, потом полученные новые нейронные сети решают задачу, отбираются те, что решают ее лучше.

По-другому эти алгоритмы называют "генетическими".

Всё это существует уже лет десять.

Поэтому и интересно было бы узнать, как кодируются нейронные сети в генах.

У меня создается впечатление, что ученые, изучающие мозг, далеки от компьютерных наук, а жаль - и там, и там обработка информации, оптимизация, теория автоматов и т.д.