На этой неделе в высокоимпактных научных журналах читайте о том, как компьютерные игры способны улучшить память, о различиях человеческих и мышиных астроцитов, о новой программе машинного обучения и о том, почему люди мало спят.
3D-видеоигры способны улучшить память
Journal of Neuroscience, 9 December 2015
Чрезмерное увлечение компьютерными играми может быть вредным для организма. Однако выяснилось, что видеоигры могут иметь и благотворное влияние при умеренном их использовании. Так, авторы статьи, опубликованной в журнале Journal of Neuroscience, обнаружили, что компьютерные игры могут стимулировать формирование памяти в гиппокампе. Для своего эксперимента ученые использовали студентов-добровольцев (не геймеров), которых сначала попросили пройти тестирование на уровень их способности к запоминанию, показывая им различные картинки, которые необходимо было запомнить и распределить по категориям. Затем, в течение двух недель студенты играли в разные компьютерные игры по 30 минут в день. Одна группа студентов играла в игру с двухмерным пространственным разрешением (Angry Birds), а вторая группа играла в 3D-видеоигру (Super Mario 3D World). По истечении двухнедельного срока добровольцев просили еще раз пройти тестирование на уровень памяти. В результате студенты, игравшие в 3D-видеоигру, улучшили свои способности к запоминанию в среднем на 12%, в то время, как игравшие в 2D-видеоигру свои показатели не увеличили. Исследователи объясняют полученный результат тем, что 3D-видеоигры содержат гораздо больше пространственной информации, да и к тому же намного сложнее своих двумерных конкурентов. Такая богатая информационная среда не только стимулирует запоминание как таковое, но также улучшает формирование памяти в гиппокампе.
Clemenson G. D., Stark C.L. Virtual Environmental Enrichment through Video Games Improves Hippocampal-Associated Memory / Journal of Neuroscience, December 9, 2015.
Похожие, но такие разные
Neuron, 10 December 2015
Морфология астроцитов мыши (слева) и астроцитов человека (справа).
Астроциты – клетки центральной нервной системы, похожие по своей форме на звезды. В настоящее время известно, что астроциты – не просто вспомогательные клетки, они играют важную роль в образовании синапсов, нейрогенезе и нейропластичности. Большинство исследований астроцитов производится на головном мозге мышей или крыс, поэтому возникает проблема интерпретации этих результатов применительно к мозгу человека. В статье, опубликованной в журнале Neuron, приводятся результаты сравнения астроцитов человека и мыши на геномном и функциональном уровне. Авторы статьи разработали новый метод выделения астроглии из тканей головного мозга человека при помощи антител и выращивания культур астроцитов на бессывороточных средах. Путем секвенирования РНК астроцитов мыши и человека ученые обнаружили, что большинство генов выполняют одинаковые функции. Однако в астроцитах человека есть и уникальные гены, которые по-другому отвечают на присутствие нейротрансмиттера глутамата. Поэтому человеческие астроциты обладают лучшей способностью «чувствовать» активность соседних нейронов, чем астроциты мыши. При сравнении транскриптома астроцитов из здорового мозга человека и астроцитов людей, больных эпилепсией или глиобластомой с нейронами, клетками микроглии и олигодендроцитами, исследователи также обнаружили ряд специфичных для астроцитов генов, которые участвуют в развитии клеток астроглии или активируются при заболеваниях.
Zhang Y., Sloan S.A., Clarke L.E., et al. Purification and characterization of progenitor and mature human astrocytes reveals transcriptional and functional differences with mouse / Neuron, December 10, 2015.
Новая система обучения для компьютерных систем
Science, 11 December 2015
В настоящее время одной из наиболее известных программ обучения машин является система Deep Learning, которая представляет собой алгоритмы, позволяющие компьютерам учиться на собственном опыте и формировать сложное иерархическое представление об окружающем мире. В статье, опубликованной в журнале Science, рассказывается о создании альтернативной системы обучения для компьютерных систем. Машинам для обучения требуется проанализировать большое количество информации (примеров действий), в то время как человеку достаточно понять общую концепцию, на которой основано это действие. Исследователи создали компьютерную систему, которая использует похожую на обучение человека вероятностную программу. Во время тестирования машине необходимо было проанализировать написанный от руки символ и, например, сгенерировать таким же почерком новые символы, как похожие, так и не похожие на предложенный вариант. В финальном тесте машине поставили задачу по созданию совершенно новых символов в гипотетической системе письма. Те же испытания выполняли люди. По результатам эксперимента был проведен тест Тьюринга, где группа людей пыталась отличить, какие символы написала машина, а какие человек. Люди угадывали, какие символы написала машина с 50% вероятностью (то есть, случайно), таким образом, машина успешно прошла тест Тьюринга.
Lake B.M., Salakhutdinov R., Tenenbaum J.B. Human-level concept learning through probabilistic program induction / Science, December 11, 2015.
Люди спят мало, но качественно
Evolutionary Anthropology, 12 December 2015
В журнале Evolutionary Anthropology на этой неделе опубликована статья, авторы которой представили результаты своих исследований о том, каким образом менялся сон в процессе эволюции человека. Исследователи, используя сомнологические базы данных, сравнили сон человека со сном различных видов приматов. По результатам сравнения установлено, что людям требуется значительно меньше времени на сон (в среднем — около 7 часов), чем другим видам приматов (например, макакам или лемурам требуется 14-17 часов). Кроме того, выяснилось, что у людей и обезьян разное соотношение фаз сна. У людей сон более «качественный», чем у других приматов: большая часть времени сна проходит в глубоких стадиях. У людей фаза сна, которая называется «сон с быстрыми движениями глаз» (время консолидации памяти) составляет около 25% от всего сна, в то время как у обезьян не превышает 5%. Результаты исследования не зависят от уровня урбанизации человеческого общества: в развитом городе люди спят столько же, сколько где-нибудь в Намибии. Ученые объясняют полученные результаты тем, что сокращение времени сна в ходе эволюции позволило человечеству вести более активную жизнь, лучше обучаться и передавать свои навыки, а также формировать социальные группы.
Samson D.R., Nunn C.L. Sleep intensity and the evolution of human cognition / Evolutionary Anthropology, December 12, 2015.