معلومة

التطور والتنظيم الذاتي وعلم الأعصاب

التطور والتنظيم الذاتي وعلم الأعصاب


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لدي معرفة بدائية بالتطور ، وعلم الأحياء بشكل عام ، لذا احمل معي إذا كان هذا السؤال ساذجًا بعض الشيء.

لنفترض أن لدينا سمة معينة ، مثل الرؤية المحيطية شديدة الحساسية. هناك طريقتان يمكنك اتباعهما لشرح كيفية حدوث ذلك:

الأول هو أن التطور اختير له بمرور الوقت ، لأن الحيوانات ذات الحساسية الضعيفة للنشاط المحيطي يمكن أن تصبح فريسة بسهولة. لذلك هناك ميزة في وجود رؤية محيطية حساسة ، وهذه السمة هي تكيفية. الصورة التي في ذهني هي لخط تجميع حيث توجد قشور مرئية سلكية بشكل عشوائي ويتم اختيار أفضلها تلقائيًا. يبدو أن هذا هو رأي مجال الخوارزميات التطورية ، على الأقل في رأيي.

الآن ، إذا ركزنا على الطبيعة العشوائية للأسلاك ، فقد نرى أن هناك انفجارًا في الاحتمالات فيما يتعلق بكيفية توصيل النظام المرئي معًا. بعد كل شيء ، التطور أعمى ، ولا يعرف مسبقًا الإشارات المادية ذات الأهمية.

أحاول التفكير في تفسير آلي أكثر منطقية. افترض أننا افترض نظرًا لخصائص معينة موثوقة للعالم المادي ، مثل ديمومة الأشياء على سبيل المثال ، فقد وجد التطور الطريقة المثلى لتوصيل القشرة البصرية بحيث تكون الرؤية المحيطية (ومجموعة من الميزات الجيدة الأخرى) نتيجة طبيعية ، عندئذٍ ستمنحنا المزيد من التركيز على الميزات والخوارزميات البيئية التي يجب البحث عنها. يمكن اعتبار هذا أيضًا على أنه فكرة أن التطور ، بمرور الوقت ، أصبح يفترض أن بعض الأشياء في العالم المادي ستكون معطاة وتستغلها. (على سبيل المثال ، تميل الأشياء الموجودة في المناطق الطرفية من الرؤية إلى أن يكون لها سرعات متصورة مختلفة ، لذلك ربما يؤدي تطبيع السرعات عبر مجال الرؤية تلقائيًا إلى الحاجة إلى حساسية أعلى في تلك المنطقة. يحدث أن هذا قد يكون مفيدًا أيضًا في الكشف عن الحيوانات المفترسة).

سؤالي إذن ، هل افتراضاتي الواردة في الفقرة أعلاه صحيحة؟ (بالطبع ، ينتقل السؤال بعد ذلك إلى "لماذا تطبيع السرعات عبر المجال البصري في المقام الأول؟").


أنا لا أفهم سؤالك بشكل كامل. آمل أن يساعد ما يلي قليلاً.

أود تحديد ما يبدو لي أنه خطأ مهم في نصك. عند قراءتك ، نشعر أن الاختيار يعمل على الأسلاك ، لذلك لاختيار أفضل مجموعة. إذا كان هذا ما قصدته ، فمن الواضح أنه خطأ. الشيء هو أن التغيير الذي يتم توريثه هو الأليلات. الأليل هو نوع من الجين. على سبيل المثال: الرموز الجينية للون العيون. يحتوي الجين ثنائي الأليلات على أليل يرمز للعيون الزرقاء بينما الرموز الأخرى للعيون البنية. بافتراض أن هناك تباينًا جينيًا يقوم عليه تباين توصيل الأسلاك في المجتمع ، فإن الاختيار نعم سيختار أفضل متغير جيني. هذا لا يعني بالضرورة أن هذا البديل الجيني الأفضل هو أفضل حل ممكن لتخيله. ربما لم يتم إنشاء الأليل الأمثل لمجرد الطبيعة العشوائية للطفرات.

تعديل:

للإجابة:

هل الانتقاء الطبيعي يجلب دائمًا سمة نمطية معينة (بشكل فضفاض ، النمط الظاهري = الشكل) إلى حالتها المثلى؟

لا! لم يحدث ذلك.

  1. السبب الرئيسي هو أن ترميز المتغير الجيني لهذه السمة المثلى لا يوجد بالضرورة بسبب عشوائية عملية الطفرات. أيضًا ، بسبب المسار الأيضي الذي يجلب بعض التباين إلى سمة ما ، غالبًا ما يكون من الصعب جدًا حتى تخيل طفرة تسمح بإنشاء متغير مظهري جديد أكثر أمثل. لذلك بالفعل يجب أن تؤخذ البيولوجيا التطورية في الحسبان.

  2. لأنه في غياب الانجراف الجيني (عدد لانهائي من السكان) ، يمكن أن يؤدي الانتقاء فقط إلى رفع الأنماط الجينية في مشهد اللياقة البدنية. في حالة وجود ذروة عالية جدًا في مكان ما في مشهد اللياقة البدنية ولكن للوصول إلى هذه الذروة ، هناك حاجة إلى 10 طفرات كانت جميعها في أي خلفية وراثية أخرى ضارة (تتوافق مع الوديان في مشهد اللياقة البدنية) ، فمن المحتمل ألا يكون الارتفاع الأمثل أبدًا يمكن الوصول إليها (إلا إذا ظهرت جميع الطفرات العشر فجأة في نفس الشخص).

  3. لأن الانتقاء قد يكون أضعف من الانحراف الجيني. أيضًا ، قد تكون مجموعات سكانية فرعية مختلفة في بيئات مختلفة كانت سمات مختلفة تتوافق مع السمات المثلى وبسبب الهجرة (تدفق الجينات) بين المجموعات السكانية الفرعية ، من الممكن ألا تظهر أي سمة نمطية مثالية على الرغم من وجود كل التباين الوراثي.

  4. قد لا تكون السمة التي تبدو مثالية في الواقع هي الأمثل حقًا. على سبيل المثال: قد تكون الرؤية المحيطية مقيدة بالدماغ بدلاً من العين لأنها ستكون تكلفة طاقة مهمة للدماغ لمعالجة المزيد من المعلومات ، وهي تكلفة قد تفوق فائدة الحصول على رؤية محيطية أفضل.


إن حججك هي نفسها في الواقع

نقطة الاستيراد التي تفتقدها حول نهج الخوارزمية لتحسين الجينوم هي أنه يتم تحسينه للبيئة تم تدويرها من خلالها في الماضي. كانت قوانين الفيزياء ثابتة عبر تلك الأجيال ، لذا أصبح النظام مُحسَّنًا لقوانين الفيزياء. لقد تم تحسينها جيدًا للفيزياء على مستوى الحياة على الأقل ، فنحن لسنا جيدًا في التعامل مع النسبية على سبيل المثال.

إنه نفس السبب الذي يجعل الدماغ البشري يفضل الرغبة في الحصول على حلاوة غير مثمرة في العالم الصناعي الحديث ، لأنه في بيئة أسلافنا ، فإن الحصول على تركيزات عالية من السكر أمر مستحيل ، لذلك لا توجد فائدة من تطوير الحد من السلوك. لم يكن لدى التطور سوى عدد قليل من الأجيال للاختيار من بينها لأي شيء آخر. المزايا والعيوب مرتبطة دائمًا بالبيئة، لذا فإن بيئة خط الأسلاف تؤثر على كيفية قيام التطور بتحسين الكائن الحي. ضع في اعتبارك أن تكون جيدًا جدًا في الحفاظ على الحرارة سيكون مفيدًا جدًا في المنطقة القطبية وضارًا جدًا في الغابة الحارة. سيكون الاحتفاظ بالمياه مفيدًا جدًا في بيئة مفرطة التوتر ومميت جدًا في بيئة منخفضة التوتر. الأشياء قابلة للتكيف أو غير قادرة على التكيف اعتمادًا على البيئة ، لذا فإن التطور يفضل أو لا يفضل نقل الجينات بشكل مختلف اعتمادًا على البيئة. إن الدماغ الذي يتنبأ بالحركة جيدًا تحت جاذبية الأرض له ميزة كبيرة ، على الأرض ، ولكن نظرًا لأن حياة الأرض تطورت على الأرض ، يمكن تحسين أدمغة الأرض ببطء للتنبؤ بالحركة تحت جاذبية الأرض ، لاحظ أنه يمكن في بعض الأحيان أن يكون الدماغ ثابتًا مصنوعًا ببساطة من البلاستيك و يتعلم التنبؤ بالحركة في جاذبية الأرض لأنه يتعرض فقط لجاذبية الأرض. قد يكون من الصعب للغاية معرفة ما يحدث.

الآن من الجدير بالذكر أن التحسين محلي فقط وليس نهائيًا ، يغطي ريمي هذا جيدًا في مناقشته لمشهد اللياقة البدنية ، لذا سأحيلك إليه ، سأقول فقط إن التحسين ليس هو الشيء نفسه المثالي ، إنه الأفضل فقط ما هو متاح ويعطى تاريخ X.


جيرالد ايدلمان

جيرالد موريس إيدلمان (/ ˈ ɛ d əl m n / 1 يوليو 1929 - 17 مايو 2014) كان عالم أحياء أمريكيًا شارك في جائزة نوبل عام 1972 في علم وظائف الأعضاء أو الطب للعمل مع رودني روبرت بورتر على جهاز المناعة. [1] يتعلق بحث إيدلمان الحائز على جائزة نوبل باكتشاف بنية جزيئات الجسم المضاد. [2] في المقابلات ، قال إن الطريقة التي تتطور بها مكونات الجهاز المناعي على مدى حياة الفرد مماثلة للطريقة التي تتطور بها مكونات الدماغ في العمر. هناك استمرارية بهذه الطريقة بين عمله على الجهاز المناعي ، الذي حصل من أجله على جائزة نوبل ، وأعماله اللاحقة في علم الأعصاب وفلسفة العقل.


مهارات التنظيم الذاتي المذهلة للدماغ

اكتشف فريق من الباحثين من T & uumlbingen وإسرائيل كيف يمكن لهياكل الدماغ الحفاظ على وظيفتها ودينامياتها المستقرة حتى في الظروف غير العادية. قد تضع نتائجهم الأسس لفهم وعلاج أفضل لحالات مثل الصرع والتوحد.

ترتبط الخلايا العصبية في أدمغتنا ببعضها البعض ، وتشكل وحدات وظيفية صغيرة تسمى الدوائر العصبية. يمكن لخلية عصبية متصلة بعصب آخر عبر المشابك أن تنقل المعلومات إلى العصبون الثاني عن طريق إرسال إشارة. وهذا بدوره قد يدفع العصبون الثاني إلى إرسال إشارة إلى عصبونات أخرى في الدائرة العصبية. إذا حدث ذلك ، فمن المحتمل أن تكون الخلية العصبية الأولى عبارة عن خلية عصبية مثيرة: خلية تحفز الخلايا العصبية الأخرى على إطلاق النيران. لكن الخلايا العصبية ذات المهمة المعاكسة تمامًا لها نفس القدر من الأهمية لوظائف دماغنا: الخلايا العصبية المثبطة ، مما يجعل من غير المرجح أن ترسل الخلايا العصبية المتصلة بها إشارة إلى الآخرين.

التفاعل بين الإثارة والتثبيط أمر بالغ الأهمية للوظائف الطبيعية للشبكات العصبية. تم ربط خلل التنظيم بالعديد من الاضطرابات العصبية والنفسية ، بما في ذلك الصرع ومرض الزهايمر واضطرابات طيف التوحد.

من مزارع الخلايا في المختبر.

ومن المثير للاهتمام ، أن حصة الخلايا العصبية المثبطة بين جميع الخلايا العصبية في هياكل الدماغ المختلفة (مثل القشرة المخية الحديثة أو الحصين) تظل ثابتة طوال عمر الفرد بنسبة 15 إلى 30 في المائة. تتذكر آنا ليفينا ، الباحثة في جامعة T & uumlbingen ومعهد Max Planck لعلم التحكم الآلي البيولوجي: "أثار هذا فضولنا: ما مدى أهمية هذه النسبة تحديدًا؟" "هل يمكن للدوائر العصبية التي تحتوي على نسبة مختلفة من الخلايا العصبية الاستثارية والمثبطة أن تعمل بشكل طبيعي؟" قام المتعاونون معها من معهد وايزمان للعلوم في رحوفوت (إسرائيل) بتصميم تجربة جديدة تسمح بالإجابة على هذه الأسئلة. لقد نشأوا ثقافات تحتوي على نسب مختلفة ، بل متطرفة من الخلايا العصبية المثيرة والمثبطة.

ثم قام العلماء بقياس نشاط أنسجة المخ المصممة صناعياً. يوضح طالب الدكتوراه في ليفينا أوليغ فينوغرادوف: "لقد فوجئنا بأن الشبكات ذات النسب المختلفة من الخلايا العصبية المثيرة والمثبطة ظلت نشطة ، حتى عندما كانت هذه النسب بعيدة جدًا عن الظروف الطبيعية". "نشاطهم لا يتغير بشكل كبير ، طالما أن نصيب الخلايا العصبية المثبطة يبقى في مكان ما في حدود 10 إلى 90 في المئة." يبدو أن الهياكل العصبية لديها طريقة للتعويض عن تركيبتها غير العادية لتبقى مستقرة وعملية.

. لفهم نظري

لذا من الطبيعي أن يسأل الباحثون بعد ذلك: ما الآلية التي تسمح لأنسجة المخ بالتكيف مع هذه الظروف المختلفة؟ افترض الباحثون أن الشبكات تتكيف عن طريق تعديل عدد الاتصالات: إذا كان هناك عدد قليل من الخلايا العصبية المثبطة ، فعليها أن تلعب دورًا أكبر من خلال بناء المزيد من المشابك العصبية مع الخلايا العصبية الأخرى. على العكس من ذلك ، إذا كانت حصة الخلايا العصبية المثبطة كبيرة ، فيجب على الخلايا العصبية الاستثارة تعويض ذلك عن طريق إنشاء المزيد من الروابط.

يمكن للنموذج النظري لعلماء T & uumlbingen أن يشرح النتائج التجريبية لزملائهم في رحوفوت ويكشف عن الآليات التي تساعد في الحفاظ على ديناميكيات مستقرة في الدماغ. توفر النتائج صورة أوضح لكيفية الحفاظ على توازن الإثارة / التثبيط وأين يفشل في الشبكات العصبية الحية. على المدى الطويل ، قد تكون مفيدة في مجال الطب الدقيق الناشئ: يمكن استخدام الثقافات العصبية المشتقة من الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات لإيجاد آليات للاضطرابات العصبية والنفسية والأدوية الجديدة.


النمذجة البيئية: مقدمة لفن وعلم نمذجة النظم البيئية

Hsiao-Hsuan Wang، William E. Grant، in Developments in Environmental Modeling، 2019

1.4.5 التنظيم الذاتي

التنظيم الذاتي هو قدرة النظام على إعادة تنظيم هيكله الخاص ، مما يجعل هيكله أكثر تعقيدًا في أغلب الأحيان. التنظيم الذاتي موجود في كل مكان لدرجة أننا نميل إلى اعتباره أمرًا مفروغًا منه. البذرة تنظم نفسها في نبات. البيضة تنظم نفسها في دجاجة. مجموعة من الذئاب تنظم نفسها في حزمة ذئب. مجموعة من الأنواع تنظم نفسها في مجتمع بيئي. ربما تشير مثل هذه الأمثلة إلى أن قواعد التنظيم الذاتي التي تنتج أنظمة معقدة معقدة بالضرورة. لكن تشكيل ندفة الثلج هو أيضًا مثال على التنظيم الذاتي الذي يؤدي إلى تكوين بنية معقدة ، مثل تكوين مركبات كيميائية معقدة ناتجة عن مجموعة تحفيز تلقائي أصلية واحدة. في الواقع ، تؤكد التطورات الحديثة في علم التعقيد أن الأنظمة المعقدة يمكن أن تنشأ نتيجة لقواعد بسيطة جدًا للتنظيم الذاتي. العلم ، الذي ، بالمناسبة ، هو نفسه نظام منظم ذاتيًا ، يفترض حاليًا أن كل التعقيد ينشأ من قواعد بسيطة. هذا ويبقى أن نرى.

بغض النظر عن نشأته ، ينتج التنظيم الذاتي عدم تجانس في بنية النظام وعدم القدرة على التنبؤ في سلوك النظام. في القسم الافتتاحي من هذا الفصل ، حذرنا من أنه من المستحيل التنبؤ بالمستقبل على وجه اليقين. أضفنا أنه حتى من الناحية النظرية ، من المستحيل التنبؤ بالحالات المستقبلية لنظام ما لم يكن نظامًا مغلقًا تمامًا ، وأن مثل هذه الأنظمة غير موجودة. يضمن التنظيم الذاتي عدم وجود إغلاق لهيكل النظام ، وحقيقة أن بنية النظام هي مصدر سلوك النظام وبالتالي تضمن عدم القدرة على التنبؤ بسلوك النظام.


أصل الحياة والتنظيم الذاتي والمعلومات

في مقال هنا بالأمس ، وصفت التحديات الديناميكية الحرارية لأي نظرية مادية بحتة لأصل الحياة. الآن ، سأتناول واحدة من أكثر الادعاءات شيوعًا والتي أسيء فهمها بأن الخلية الأولى ظهرت من خلال عملية أظهرت الخاصية المعروفة باسم التنظيم الذاتي.

كما ذكرت في المقالة السابقة ، غالبًا ما يجادل الباحثون في أصل الحياة بأن الحياة تطورت في بيئة كانت بعيدة عن التوازن ، وغالبًا ما يشار إليها على أنها نظام تبديد غير متوازن. في مثل هذه الأنظمة ، تدخل الطاقة و / أو الكتلة وتترك باستمرار ، وهذا التدفق يولد تلقائيًا "ترتيبًا" مثل أنماط التدحرج في الماء المغلي ، أو قمع الإعصار ، أو أنماط الموجات في تفاعل بيلوسوف-زابوتينسكي. التأكيد هو أن نوعًا مشابهًا من عملية التنظيم الذاتي يمكن أن يكون قد أنشأ الترتيب في الخلية الأولى. تبدو مثل هذه الادعاءات معقولة في البداية ، لكنها تنهار تمامًا عندما يتم فحص الاختلافات بين النظام التنظيمي الذاتي والنظام الخلوي بالتفصيل. بدلاً من ذلك ، تطلب أصل الحياة آلات خلوية معقدة ومصادر معلومات موجودة مسبقًا.

السبب الرئيسي للاختلافات بين التنظيم الذاتي والنظام الخلوي هو أن الميول الدافعة في أنظمة عدم التوازن تتحرك في الاتجاه المعاكس لما هو مطلوب لكل من أصل الحياة والحفاظ عليها. أولاً ، تُنتج جميع التجارب الواقعية حول نشأة اللبنات الأساسية للحياة معظم الجزيئات المطلوبة بتركيزات صغيرة جدًا ، على كل حال. ويتم خلطها مع الملوثات ، مما قد يعيق المراحل التالية من تكوين الخلية. كانت الطبيعة بحاجة إلى التركيز تلقائيًا وتنقية أسلاف الحياة. ومع ذلك ، كان الاتجاه الطبيعي هو أن تنتشر وتختلط بمواد كيميائية أخرى ، لا سيما في بيئات مثل قاع المحيط.

يمكن أن يحدث تركيز بعض سلائف الحياة في حوض تبخر ، لكن مشكلة التلوث ستصبح بعد ذلك أسوأ بكثير لأن الملوثات ستفوق عدد السلائف بشكل كبير. علاوة على ذلك ، ستتطلب المراحل التالية من تكوين الخلية أن تذوب المواد الكيميائية المركزة مرة أخرى في بعض المسطحات المائية الأكبر حجمًا ، حيث كان يجب أن تتشكل السلائف المختلفة في مواقع مختلفة بظروف أولية مختلفة تمامًا. لمزيد من التفاصيل حول هذه المشكلات ، راجع كتاب Robert Shapiro & # 8217s حول الأصول، أو الكتاب الكلاسيكي سر الحياة وأصول # 8217.

بالإضافة إلى ذلك ، تأتي العديد من اللبنات الأساسية في الحياة في كلا النسختين اليمنى واليسرى ، وهما متضادتان. يتم إنتاج كلا الشكلين في جميع التجارب الواقعية بنسب متساوية ، ولكن لا يمكن للحياة استخدام أحدهما إلا: في حياة اليوم ، الأحماض الأمينية اليسرى والسكريات اليمنى. كان أصل الحياة يتطلب شكلاً واحدًا ليصبح مهيمنًا بشكل متزايد ، لكن الطبيعة ستقود مزيجًا من الشكلين نحو نسب متساوية ، في الاتجاه المعاكس. كتحدٍ ذي صلة ولكنه أكثر عمومية ، تتحرك جميع التفاعلات الكيميائية العفوية إلى أسفل نحو طاقة حرة أقل. ومع ذلك ، فإن جزءًا كبيرًا من التفاعلات المطلوبة في أصل الحياة والحفاظ عليها يتحرك صعودًا نحو طاقة حرة أعلى. حتى أولئك الذين يتحركون إلى أسفل المنحدرات عادةً ما يتقدمون ببطء شديد ليكونوا مفيدين. كان على الطبيعة عكس معظم ميولها الطبيعية في أي سيناريو لفترات طويلة من الزمن. لم يلاحظ العلماء أبدًا أي حدث من هذا القبيل في أي وقت في تاريخ الكون.

تساعد هذه التحديات مجتمعة في توضيح الاختلافات الدراماتيكية بين نوعي النظام:

  1. تخلق عمليات التنظيم الذاتي النظام (أي سحابة قمع) على المستوى العياني (المرئي) ، لكنها تولد إنتروبيا على المستوى المجهري. في المقابل ، تتطلب الحياة أن تنخفض الأنتروبيا على مقياس الحجم الخلوي.
  2. أنماط التنظيم الذاتي مدفوعة بعمليات تتحرك نحو طاقة حرة أقل. تتحرك العديد من العمليات التي تولد النظام الخلوي نحو طاقة حرة أعلى.
  3. الترتيب التنظيمي الذاتي ديناميكي ، والمواد # 8212 في حالة حركة وتتغير الأنماط بمرور الوقت. الترتيب الخلوي ثابت & # 8212 الجزيئات في تكوينات ثابتة ، مثل تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي أو هيكل الآلات الخلوية.
  4. النظام التنظيمي الذاتي مدفوع بالقوانين الطبيعية. يمثل الترتيب في الخلايا تعقيدًا محددًا وتتخذ جزيئات # 8212 ترتيبات غير محتملة للغاية والتي ليست نتاجًا لعمليات طبيعية ولكن بدلاً من ذلك يتم ترتيبها لتحقيق أهداف وظيفية.

توضح هذه الاختلافات أن عمليات التنظيم الذاتي لا يمكن أن تنتج الترتيب في الخلية الأولى. بدلاً من ذلك ، تطلب الترتيب الخلوي آلات جزيئية لمعالجة الطاقة من المصادر الخارجية وتخزينها في مستودعات يسهل الوصول إليها. واحتاجت إلى معلومات لتوجيه استخدام تلك الطاقة نحو التنظيم الصحيح للخلية وصيانتها.

سيوضح تشبيه بسيط سبب أهمية الآلات والمعلومات. غالبًا ما يدعي العلماء أن أي مصدر قديم للطاقة كان من الممكن أن يوفر الطاقة المجانية اللازمة لتوليد الحياة. ومع ذلك ، فإن هذا الادعاء يشبه عودة زوجين إلى المنزل من إجازة طويلة ليجدوا أن أطفالهم تركوا منزلهم في حالة من الفوضى الكاملة ، وملابسهم على الأرض ، وأطباق غير مغسولة في الحوض ، وأوراق مبعثرة في جميع المكاتب. استمع الزوجان مؤخرًا إلى باحث في أصل الحياة يدعي أنه يمكن إنتاج النظام مجانًا من أي مصدر عام للطاقة. بناءً على هذه الفكرة ، قاموا بصب البنزين على أثاثهم ثم قاموا بإشعال النار فيه. يفترضون أن الطاقة المنبعثة من النار ستنظم منزلهم. ومع ذلك ، سرعان ما أدركوا أن الطاقة غير المعالجة تخلق فوضى أكبر.

بناءً على هذه التجربة ، قام الزوجان بدلاً من ذلك بشراء روبوت يعمل بالطاقة الشمسية. تقوم الخلايا الشمسية بمعالجة الطاقة من الشمس وتحويلها إلى عمل مفيد. ولكن ، لخيبة أمل الزوجين ، يبدأ الروبوت في إلقاء الأشياء في جميع الاتجاهات. لقد نظروا عن كثب إلى دليل المالك وأدركوا أنهم بحاجة إلى برمجة الروبوت بإرشادات حول كيفية أداء المهام المطلوبة لتنظيف المنزل بشكل صحيح.

وبنفس الطريقة ، فإن أبسط خلية تتطلب آلات ، مثل بعض المكافئ القديم لـ ATP synthase أو البلاستيدات الخضراء ، لمعالجة المواد الكيميائية الأساسية أو ضوء الشمس. كما احتاجت أيضًا إلى بروتينات تحتوي على المعلومات المناسبة الموجودة في تسلسل الأحماض الأمينية الخاصة بها لتتحول إلى هياكل خلوية أساسية أخرى ، مثل البوابات الموجودة في غشاء الخلية. كما احتاجت إلى بروتينات ذات تسلسل مناسب لتتحول إلى إنزيمات لتحريك عملية التمثيل الغذائي. يتمثل الدور الرئيسي للإنزيمات في ربط التفاعلات التي تتحرك نحو طاقة حرة أقل (على سبيل المثال ATP → ADP + P) بالتفاعلات ، مثل دمج الأحماض الأمينية في سلاسل طويلة ، والتي تتجه صعودًا. يمكن بعد ذلك استخدام الطاقة من الأول لدفع الأخير ، لأن صافي التغير في الطاقة الحرة سالب. وهكذا يتم التغلب على حاجز الطاقة الحرة.

ومع ذلك ، فإن آلية معالجة الطاقة والبروتينات الغنية بالمعلومات لا تزال غير كافية. تتفكك البروتينات في النهاية ، ولا يمكنها التكاثر الذاتي. كانت هناك حاجة أيضًا إلى آلات إضافية لإنتاج بدائل بروتينية جديدة باستمرار. أيضًا ، يجب تخزين معلومات تسلسل البروتينات في الحمض النووي باستخدام بعض الكود الجيني ، حيث تم تمثيل كل حمض أميني بسلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات تعرف باسم كودون بنفس الطريقة التي يتم بها تمثيل الأحرف الإنجليزية في شفرة مورس بالنقاط والشرطات . ومع ذلك ، لا يوجد اتصال مادي يمكن تحديده بين الأحماض الأمينية الفردية وكودونات كل منها. على وجه الخصوص ، لا ينجذب أي حمض أميني (على سبيل المثال ، فالين) إلى أي كودون معين (على سبيل المثال ، GTT) أكثر من أي حمض آخر. بدون مثل هذا الاتصال المادي ، لا يمكن لأي عملية مادية بحتة أن تشرح بشكل معقول كيف تم ترميز تسلسلات الأحماض الأمينية في الحمض النووي. لذلك ، يجب ترميز نفس المعلومات الموجودة في البروتينات وفي الحمض النووي بشكل منفصل.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم فك تشفير المعلومات الموجودة في الحمض النووي مرة أخرى إلى بروتينات من خلال استخدام الريبوسومات ، والـ tRNAs ، والإنزيمات الخاصة المسماة aminoacyl tRNA sythetases (aaRS). تربط aaRS الأحماض الأمينية الصحيحة بـ tRNAs الصحيحة المرتبطة بالكودونات الصحيحة ، لذلك تحتوي هذه الإنزيمات على مفتاح فك التشفير في هياكلها ثلاثية الأبعاد. تستخدم الحياة كلها هذه العملية نفسها ، لذا فمن شبه المؤكد أن الخلية الأولى تعمل بشكل مشابه. ومع ذلك ، لا يمكن أن يوجد اتصال محتمل بين عمليات التشفير وفك التشفير ، لأن هياكل aaRS هي نتيجة لتسلسلات الأحماض الأمينية الخاصة بهم ، والتي تصادف أنها جزء من المعلومات المشفرة في الحمض النووي. لذلك ، يجب أن يتم تطوير فك التشفير بشكل مستقل عن التشفير ، ولكن كان عليهم استخدام نفس الرمز. وكان عليهم أن ينشأوا في نفس الوقت ، لأن كل منهما عديم الفائدة دون الآخر.

تشير كل هذه الحقائق إلى أن الشفرة ومعلومات التسلسل في البروتينات / الحمض النووي كانت موجودة مسبقًا في الخلية الأصلية. والمكان الوحيد الذي يمكن أن يتواجدوا فيه خارج الوسط المادي هو في العقل ، مما يشير إلى التصميم.


التطور - مهندس الكمبيوتر النهائي

سيكون فريد وولف من معهد ماكس بلانك للديناميات والتنظيم الذاتي ، ورئيس مركز برنشتاين لعلم الأعصاب الحسابي (BCCN) غوتنغن والمدير المعين لمعهد ديناميكيات الشبكات البيولوجية في الحرم الجامعي ، منسقًا لبرنامج أولوية DFG الجديد "التحسين التطوري" من المعالجة العصبية “. تم تحديد إنشاء البرنامج الجديد من قبل مجلس الشيوخ لمؤسسة الأبحاث الألمانية في اجتماعه الربيعي هذا العام. من المقرر أن يستمر البرنامج لمدة ست سنوات وسيبدأ في أوائل عام 2019. وهو واحد من 14 برنامجًا اختارتها DFG من بين 53 مبادرة وبتمويل يصل إلى 80 مليون يورو على مدى السنوات الثلاث المقبلة. ستنسق ديناميات معهد الحرم الجامعي الجديد للشبكات البيولوجية ، التي يتم تمويلها بشكل مشترك من قبل معهد ماكس بلانك للديناميات والتنظيم الذاتي ، والجامعة وجامعة غوتنغن للطب ، الأنشطة الشاملة لشبكة البحث.

ماريون سيليس (ENI) وفريد ​​وولف (MPIDS) من مركز برنشتاين لعلم الأعصاب الحاسوبي في غوتنغن. كلاهما عضوان مؤسسان في معهد غوتنغن الجديد لديناميكيات الشبكات البيولوجية.

برنامج الأولوية الجديد (PP) هو أول برنامج بحثي منسق عالميًا يجمع بين الأنظمة وعلم الأعصاب النظري وعلم الأحياء التطوري والنمائي لتوضيح المبادئ الأساسية لتطور الدماغ. الهدف من SPP هو فك شفرة كيف تطورت شبكات وخوارزميات الأنظمة العصبية البيولوجية في سياق التطور. في الأساس ، سيكون حول تطبيق نظرية التطور على المبادئ الأساسية لمعالجة المعلومات العصبية. قال وولف: "من المثير أن نرى أنه من الممكن الآن دراسة تصميم وأداء الأجهزة العصبية البيولوجية من منظور تطوري صارم". أسئلة رئيسية مثل: ما مدى قرب الأجهزة العصبية البيولوجية من حدود الأداء المطلقة لمعالجة المعلومات؟ أو ما هي التغيرات الجينية الكامنة وراء تحسين أدائهم؟ مهمة للعلماء الذين يعملون في مشاريع متعددة التخصصات من أجل العثور على إجابات للأسئلة الأساسية لتطور الدماغ.

قوة ابتكارية عالية - إمكانات مستقبلية عالية

يمكن لبرنامج أولوية DFG الجديد أن يبني على البنية التحتية القوية لشبكة Bernstein Network Computational Neuroscience ، والتي تم إنشاؤها في العقد الماضي بدعم من BMBF. يوضح إيبرهارد بودينشاتز ، المدير الإداري لمعهد ماكس بلانك للديناميكيات والتنظيم الذاتي: "عند اختيار مبادرات PP ، يعلق مجلس الشيوخ في DFG أهمية كبيرة على القوة الابتكارية والإمكانيات المستقبلية لأساليب البحث الممولة". يضيف Ulrike Beisiegel ، رئيس جامعة غوتنغن: "من خلال برنامج الأولوية الجديد DFG ، ستلعب ديناميات معهد الحرم الجامعي للشبكات البيولوجية أيضًا دورًا مرئيًا في جميع أنحاء ألمانيا في تطوير الموضوعات الناشئة في علوم الحياة."

البرنامج الجديد متصل دوليًا ليس فقط من خلال شركاء التعاون في شبكة برنشتاين. تم تطوير البرنامج بالتعاون مع خبراء دوليين وسيدعمه مجلس استشاري علمي دولي طوال مدته. تم تطوير المبادرة من قبل ماريون سيليس وفريد ​​وولف (كل من BCCN Göttingen ومعهد Campus). بالإضافة إلى ذلك ، تضم اللجنة التوجيهية لبرنامج الأولوية رؤساء مركزين آخرين لبرنشتاين (مايكل بريخت ، BCCN Berlin Matthias Bethge ، BCCN Tübingen) وعالم الأحياء التطوري التطوري يواكيم فيتبروت (جامعة هايدلبرغ).

تطوير نظرية داروين وأبوس للتطور

تم وضع أسس أبحاث الدماغ الحديثة في بداية القرن العشرين من قبل باحثين مثل Ramon y Cajal و Korbinius Brodmann و Ludwig Edinger. بالنسبة لهذا الجيل ، كانت نظرية داروين وأبوس للتطور لأول مرة جزءًا من التعليم العلمي وكانوا يتساءلون بالفعل عن كيفية ظهور أدمغة عالية التطور من أسلاف أبسط.

إن التطورات الحديثة في التكنولوجيا العصبية وعلم الأحياء التطوري وعلم الأعصاب النظري قد فتحت مناهج شاملة جديدة لعمل وتطور الدماغ. أصبحت طرق التحسين المعتمدة على الكمبيوتر والرياضيات قادرة الآن على إجراء تنبؤات دقيقة حول هياكل الدوائر المثالية وحدود الأداء النظري للعديد من الأنظمة العصبية البيولوجية. يمكن للتجارب الآن تسجيل نشاط آلاف الخلايا العصبية في وقت واحد ورسم خرائط لهيكل شبكاتها بدقة غير مسبوقة. بدأت البيانات الجينومية في تمكين إعادة بناء التحسين التطوري لأنواع الخلايا العصبية في السنوات القادمة. سيجمع البرنامج الجديد ذو الأولوية "التحسين التطوري للمعالجة العصبية" هذه التطورات معًا لالتقاط المبادئ الأساسية لتطور الدماغ.


الافتتاحية: التنظيم الذاتي في الجهاز العصبي


  • 1 Virtual Structures Research Inc. ، Potomac ، MD ، الولايات المتحدة
  • 2 قسم الهندسة الحيوية ، إمبريال كوليدج لندن ، لندن ، المملكة المتحدة
  • 3 معهد طب الأعصاب ، مركز ويلكوم ترست للتصوير العصبي ، لندن ، المملكة المتحدة

& # x0201C التنظيم الذاتي هو عفوي & # x02014 غالبًا ما يبدو هادفًا & # x02014 معلومات عن الهياكل المكانية أو الزمنية أو الزمانية المكانية أو الوظائف في الأنظمة المكونة من مكونات قليلة أو كثيرة. في الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا يحدث التنظيم الذاتي في أنظمة مفتوحة مدفوعة بعيدًا عن التوازن الحراري & # x0201D (Haken ، Scholarpedia). تهدف المساهمات في هذا العدد الخاص إلى توضيح دور التنظيم الذاتي في تشكيل العمليات المعرفية في سياق التطور وطوال التطور ، أو & # x0201C من باراميسيا إلى أينشتاين & # x0201D (تورداي وميلر). السؤال المركزي هو: ما هي آليات التنظيم الذاتي في الجهاز العصبي البشري المشتركة بين جميع أشكال الحياة ، وما هي الآليات (إن وجدت) التي تنفرد بها الجنس البشري؟

على مدى العقود العديدة الماضية ، كانت مشكلة التنظيم الذاتي في طليعة البحث في الذكاء البيولوجي والآلي (Kohonen، 1989 Kauffman، 1993 Pribram، 1994، 1996، 1998 Kelso، 1997 Camazine et al.، 2003 Zanette et al. . ، 2004 Haken ، 2010 ، 2012 ، وغيرها). تقدم المقالات التي تم جمعها في هذا العدد النتائج الأخيرة (والأفكار) من وجهات نظر متنوعة وتعالج جوانب مختلفة من المشكلة. قد تكون سمتان لهذه المجموعة ذات أهمية خاصة للقارئ: (1) نطاق المناقشة واسع ، يمتد من مبادئ الديناميكا الحرارية العامة ونظرية المعلومات إلى التعبير عن هذه المبادئ في الإدراك والوعي والفهم البشري و (2) العديد من الأفكار تتحدث عن منظور موحد موضح أدناه. في ما يلي ، سنقوم بمعاينة مجموعة الأوراق في هذا العدد الخاص ونضعها في إطار من منظور نهج موحد للتنظيم الذاتي & # x02014 ترك القارئ ليحكم على الدرجة التي تتوافق بها المقالات اللاحقة مع هذا الإطار أو تتعارض معه.

يجب أن تنظم الكائنات الحية تدفقات الطاقة والمواد عبر أسطحها الحدودية لضمان بقائها على قيد الحياة. التطور المعرفي هو نتاج ضبط تدريجي (تحسين) للآليات التنظيمية ، وفقًا لمعايير مزدوجة لتقليل المفاجأة (Friston ، 2010 Sengupta et al. ، 2013 ، 2016 Sengupta and Friston ، 2017) وتعظيم الكفاءة الديناميكية الحرارية (Yufik ، 2002) ، 2013). الأول يعني تقليل احتمالية مواجهة ظروف منيع للتنظيم (على سبيل المثال ، عدم القدرة على منع تدفقات المواد المدمرة) والثاني يعني الحفاظ على مآخذ الطاقة الصافية فوق بعض عتبات البقاء. يتم إنفاق الطاقة في العمليات التنظيمية التي تم تشكيلها في سياق التنظيم الذاتي والمبنية على خفض الانتروبيا الديناميكية الحرارية & # x0201C في الداخل & # x0201D ونقل الانتروبيا المفرطة (الحرارة) & # x0201C إلى الخارج. & # x0201D يتطلب التنظيم الفعال آليات تتضمن بالضرورة نماذج النظام وعلاقته بالبيئة (Conant and Ashby، 1970). تمتلك الحيوانات البدائية ذخيرة صغيرة من النماذج الصلبة الثابتة وراثيًا ، في حين أن & # x02014 حيوانات أكثر تقدمًا & # x02014 تكون الذخيرة أكبر وتصبح نماذجها أكثر مرونة ، أي قابلة للتغييرات التي تحركها التجربة. كل من التعديلات التطورية والقائمة على التجربة هي أشكال من التعلم الإحصائي: يتم نحت النماذج من خلال التغذية المرتدة الخارجية التي تنقل الخصائص الإحصائية للبيئة. إن آليات التعلم البشري ، على الرغم من أنها مبنية على أساس التعلم الإحصائي ، تنحرف جذريًا عن التعلم التقليدي (على سبيل المثال ، الآلة): تصبح النماذج الضمنية قابلة للتكوين والتعديل الموجه ذاتيًا على أساس التحسس ، على عكس (أو بالإضافة) إلى التحسس الخارجي ، feedback (Yufik, 1998). Interoceptive feedback underlies the feeling of grasp, or understanding that accompanies the organization of disparate “representations” into cohesive structures amenable to further operations (mental modeling). The work of mental modeling requires energy consciousness is co-extensive with deliberate (attentive, focused) application of energy (𠇌ognitive effort”) in carrying out that work. Learning with understanding departs from statistical (machine) learning in three ways: (i) mental models anticipate experiences, as opposed to be shaped by them (e.g., the theory of relativity originated in gedanken experiments) (ii) feedback conveys properties of implicit models (coherence, simplicity, validation opportunities the models afford, etc.) and (iii) manipulating (executing or inverting) models enables efficient exchange with the environment, under conditions with no precedents (and thus no learnable statistical representation) (Yufik, 2013). Regulation of this sort�sed on statistical learning�s a challenging complexity. As the number of regulated variables grows energy demands can quickly become unsustainable. Using self-organization to implement the process of “understanding” (i.e., composing more general models) has the triple benefit of minimizing surprise, while averting complexity and advancing thermodynamic efficiency of regulatory processes into the vicinity of theoretical limits.

Annila argues that the most fundamental function performed by the nervous system is shared by all open systems and entails a generation of entropy, by extracting high-grade free energy from the environment and returning low-grade energy. As dictated by the second law of thermodynamics, cognitive processes seek out opportunities (paths) for consuming free energy in the least time. Evolution obtains progressively more efficient mechanisms for detecting and exploiting free energy deposits, culminating in consciousness that emerges in systems pertaining to the ability to “integrate various neural networks for coherent consumption of free energy…” (Annila, this issue).

Street reviews discussions in the literature that examine the tension between𠅊nd synthesis of—information-theoretic and thermodynamics-motivated conceptualizations of brain processes. Tensions are rooted in the theory of information, designed to allow analysis of information transfer, irrespective of the physical processes that mediate transfer. Synthesis is necessitated by considerations of energy costs incurred in neuronal signaling. A consensus is anticipated, within a theoretical framework that views cognitive development as self-organization in the nervous system—seeking to minimize surprise, while incurring minimum energy costs.

Torday and Miller discuss the conceptual framework needed for tracing evolution of the mammalian brain 𠇏rom paramecia to Einstein.” The framework encompasses three key notions: (i) complex multicellular organisms share fundamental organizational properties, with precursors in unicellular forms of life, (ii) the most basic property is the ability to extract energy from the environment and dissipate heat in a manner enabling homeostasis and processing of information and (iii) evolutionary improvements in homeostasis, self-maintenance and information processing derive from increased cellular collaboration (coherence). Within this framework, “life is cognition at every scope and scale” and 𠇊ny cognitive action as a form of cellular coherence can be better understood as both an information exchange and reciprocally then, as energy conversion and transfer” (Torday and Miller).

Campbell argues that Darwinian evolution can be expressed as a process of Bayesian updating. Conventionally, the ability to draw inferences and update Bayesian models has been attributed exclusively to (human) reasoning. The range of attribution can be expanded to include all organisms, by assuming that genotypes carry latent models of the environment receiving varying expressions in the phenotype. On that view, genetically transmitted models are the source of hypotheses (phenotype variations) subjected to confirmation (survival) or rejection (extinction) by the environment. Changes in the phenotype over somatic time and the genotype over evolutionary time minimize surprise thus increasing the likelihood of survival of individuals and the species.

Kozma and Freeman analyze alternations between highly organized (low entropy) and disorganized (high entropy) neuronal activities induced by visual stimuli. In rabbits implanted with ECoG arrays of electrodes fixed over the visual cortex, presentations of stimuli were accompanied by metastable patterns of synchronized activity𠅌ollapsing quickly into the background activity upon cessation of the stimuli. The authors define alternations between metastable patterns and disorganized firings as phase transitions and propose a 𠇌inematic” theory of perception treating alternations that spread across the cortex as successions of 𠇏rames” combined into perceptual units (percepts). Synchronized neuronal populations are identified with Hebbian assemblies, acting in a self-catalytic fashion: Interactions between assemblies maintain the cortex in the critical state, conducive to the emergence of organized (low entropy) structures, such as Hebbian assemblies.

Stankovski et al. present novel findings concerning the coherence of neuronal assemblies. Assemblies oscillate within characteristic frequency intervals, with cross-frequency coupling serving to integrate assemblies into functional networks that span distant regions in the brain. In this study, cross-frequency coupling functions were reconstructed from EEG recordings from human subjects in the state of rest, with the eyes either open or closed. They review early evidence that closing the eyes triggers an increase in coupling strength. A novel method of analysis then allows them to determine variations in coupling strength across frequency ranges: crucially, they find that increases in the strength of inter-assembly coupling are accompanied by narrowing variation envelopes.

Tang et al. recorded experience-induced changes in the connectivity of large-scale brain networks. Subjects were resting in a state of “mindfulness,” under minimal exposure to external stimuli. A comprehensive array of mathematical analyses was applied to the fMRI data. The analyses reveal statistically significant increases in connectivity between different brain areas. Many earlier studies have demonstrated increased connectivity in brain networks under external stimuli however, according to this study, similar increases can be produced in the course of internally-induced, restful states.

Werbos and Davis review progress to date in modeling cognitive functions, focusing on the neural net model of learning employing back-propagation algorithms. Neural nets represent learning as the acquisition of desired mappings between input vectors (environmental conditions) and output vectors (desired responses), via iterative reduction of mapping errors. The model posits successions of calculations propagating forward and backward in the neuronal system, orchestrated by some global clock. Empirical substantiations of this model have been scarce𠅋ut new experimental findings and analysis are presented that speak to its biological plausibility.

Perlovsky's “physics in the mind” research program tries to define the principles of cognition in a rigorous way (a la Newtonian mechanics). Some principles are suggested including mental modeling, vague representations, knowledge instinct, dynamic logic و dual hierarchy. أ mental model is the basic functional unit of cognition, عارضات ازياء نكون مشاكل (lacking detail), while sensory inputs are crisp (rich in detail). Acquiring knowledge involves reconciling models and inputs in a process driven by knowledge instinct and employing mechanisms of dynamic logic. Model hierarchy has a counterpart in linguistic hierarchy (hence, the dual hierarchy).

Newton analyzes composition of understanding and identifies three constituents: (i) imagery, (ii) the state of mental tension (surprise) caused by a novel situation and (iii) the state of tension resolution, provided by having worked out responses afforded by the situation. The feeling of having reached understanding (Aha!) precedes response execution and thus depends on factors other than external feedback (although failures can restore tension). Execution involves some forms of bodily activities so “understanding” is anchored in the mechanisms that control such activities. Understanding can then expand via mapping new situations onto those that are already understood.

Yufik and Friston suggest that the same self-organization principle manifests in both the emergence of life and evolution of regulatory mechanisms sustaining life: Regions (subnets) in networks of interacting units (molecules, neurons) fold into bounded structures stabilized by boundary processes. Evolution expanded regulation mechanisms from conditioning to anticipatory planning—that is accomplished via self-directed composition and execution of mental models. Hebbian assemblies stabilized by boundary energy barriers (neuronal packets) are produced by folding and phase transition in neuronal networks and represent (model) persistent constellations of stimuli (أشياء). Variations in packet responses (changes in the composition of responding groups and the order of their firing inside the packet) represent سلوك. “Understanding” accompanies the composition of عارضات ازياء representing behavior coordination (inter-object relations), as bi-directional (reversible) mapping between packets. Such reversible mapping underlies behavior prediction and explanation (retrodiction). Coordination establishes thermodynamic equilibrium in the volume of a model thus minimizing dissipation (costs) and enabling reversible execution. Expanding models and exploring new inputs necessary moves the system away from equilibrium. Regulation via anticipation and explanation is a uniquely human form of surprise minimization. The regulatory process is supported by verbalization and imagery but is driven by النمذجة. Arguably, mental modeling, i.e., coordination of packets (mental objects) in the mental space builds on the neuronal machinery engaged in coordinating limbs and objects in the physical space.

This concludes our brief survey of the articles offered in the special issue. To an outside observer, cars might appear to have the purpose of seeking out gas stations and converting fuel into heat and exhaust. A closer inspection will reveal intelligent regulators inside the cars (i.e., you and me) concerned with having enough fuel to reach the next station𠅊nd averting the “surprise” of finding the fuel tank empty. Other concerns—that contextualize this regulation𠅊re the cost of fuel and the desire to keep the car running for the greatest distance possible. In the process, cars must maneuver in coordination with other cars, traffic rules and terrain. Such self-motivated, self-evidencing and self-regulated cars might be a plausible metaphor for minds embedded in a self-organizing nervous system.


Access options

Get full journal access for 1 year

All prices are NET prices.
VAT will be added later in the checkout.
Tax calculation will be finalised during checkout.

Get time limited or full article access on ReadCube.

All prices are NET prices.


Assessment and intervention in the prelinguistic period

Assessing infant readiness for communication.

Information gathered from an instrument, such as the APIB, helps identify the level of interactive, motor, and organizational development that the infant in the NICU is showing. This information is crucial for deciding whether the infant is ready to take advantage of communicative interaction. Gorski, Davison, and Brazelton (1979) defined three stages of behavioral organization in high-risk newborns. The child’s state of organization determines when he or she is ready to participate in interactions. These states include the following:

Turning In (or physiological state): During this stage, the baby is very sick and cannot really participate in reciprocal interactions. All the infant’s energies are devoted to maintaining biological stability.

Coming Out: The baby first becomes responsive to the environment when he or she is no longer acutely ill, can breathe adequately, and begins to gain weight. This stage usually occurs while the baby is still in the NICU, and this is the time when he or she can begin to benefit from interactions with parents. It is essential that the SLP be aware when this stage is reached so that interactions can be encouraged.

Reciprocity: This final stage in the progression usually occurs at some point before the baby is released from the hospital. Now the infant can respond to parental interaction in predictable ways. Failure to achieve this stage, once physiological stability has been achieved, is a signal that developmental deficits may persist.

An important function that the SLP can serve in fostering communicative development in an infant in the NICU is to acquaint the parents with this progression and help them to learn from the medical staff when the child turns the corner from the first to the second stage. At this time, more active parental involvement with the infant should be encouraged by the SLP.


Neuroscience – Science of the Brain is primarily aimed at sixth form students or first-year undergraduates. Richard Morris creates a wonderfully neat and concise ‘primer’ of neuroscience, touching on everything from development to drug addiction, with leading UK neuroscientists contributing chapters on their respective fields of expertise in a simple yet imaginative and visually appealing way. Any student uncertain what to specialize in can’t fail to be swayed by this refreshing booklet!

Inside our heads, weighing about 1.5 kg is an astonishing living organ consisting of billions of tiny cells. It enables us to sense the world around us, to think and to talk. The human brain is the most complex organ of the body, and arguably the most complex thing on earth. This booklet is an introduction for young students.

In this booklet, we describe what we know about how the brain works and how much there still is to learn. Its study involves scientists and medical doctors from many disciplines, ranging from molecular biology through to experimental psychology, as well as the disciplines of anatomy, physiology, and pharmacology.


IMPLICATIONS

As evidence grows for the ancient origins and widely differing mechanisms of animal cognition (Irwin, 2020), the need to conduct more comparative studies with a greater variety of species becomes clear. For example, the highly diverse behavioral repertoire of reptiles, with their paleocortical precurser of the mammalian hippocampus, illustrates the value of a comparative approach toward understanding hippocampal function. (Reiter, Liaw, Yamawaki, Naumann, & Laurent, 2017).

The argument that sensory consciousness is ancient and widespread in the animal kingdom, and that diverse neural architectures can create it (Feinberg & Mallatt, 2016), raises the question of which cognitive processes and underlying physiological/neuroanatomical states have deep roots because of needs shared by all animals and which are differentiated and derived because of environmentally specific adaptations.

The situated and embedded nature of an animal's natural cognitive milieu requires greater attention. Neuroanatomical complexity and cognitive abilities are correlated with environmental uniqueness and variability (Rosati, 2017 Mettke-Hofmann, 2014 Shumway, 2008), so experimenters should conduct more studies of cognition in natural, or at least more complex, environments.

If, as Merleau-Ponty (1945) wrote, “A sense of space emerges through movement within a milieu,” and movement is a precursor for consciousness (Sheets-Johnstone, 1999), the contribution of movement to animal cognition needs more emphasis and exploration. Merker (2007) has argued that consciousness arose as a solution to problems in the logistics of decision-making in mobile animals. What the cognitive systems for such decision-making are deserves more study.

Recognition that behaving animals internalize a concept of place that goes beyond simple localization calls for new and creative experimental approaches. The well-documented mechanisms in the hippocampal–entorhinal cortical system for placement and orientation of mammals is almost certainly an incomplete picture of the entire neural substrate for how the embodied animal senses and generates spatial information about its environment. How that system incorporates multimodal sensory information, enacts motor activity, and integrates information at higher levels of integration needs further flushing out.

The confounded use of “representationalism” in cognitive science needs to be untangled. The clear evidence from neuroscience that elements of the extended brain–body–environment are correlated with defined neural processes does not negate the insight that neural representation, although in a certain sense necessary, provides an incomplete understanding of cognitive functions and consciousness. Clark (1997a) argued that putative internal representations may involve indexical or action-oriented contents rather than compositional codes. In a similar vein, Gallagher (2014) warns against a version of embodied cognition that leaves the body out of it—placing instead all the essential action of cognition in the brain. The content of consciousness should be construed as a dynamically recursive interaction between a whole organism and its milieu.

The ability to visualize engrammatic traces of memory in the brain is one of the most exciting recent advances in neuroscience, but this technology is based excessively on one species (the mouse) and one learning paradigm (contextual fear conditioning). Until a greater variety of animals and behaviors are investigated, generalizations from currently available data need to be tempered.

The neurophenomenological approach advocated by Varela (1996), using first-person reports to guide neural analyses in the study of subtle human consciousness states (Berkovich-Ohana, 2017), should be an integral element of the validation of neurobiological processes in humans. Phenomenological descriptions can influence the design of scientific experiments to help neuroscience determine more precisely what phenomena it should explain (Gallagher & Zahavi, 2008). As Crick, Koch, Kreiman, and Fried (2004) pointed out, neurosurgeons, probing the living human brain on a daily basis, could make significant contributions in this regard.

For those neuroscientists willing to tackle the “hard problem” of reconciling subjective experience with objective physical substrates (Chalmers, 1995), we suggest that attention to the embodied, embedded, and interactional nature of consciousness is more likely to result in a fruitful enquiry. We do not claim that any of the new approaches in cognitive neuroscience have solved that problem, nor that they necessarily will, but we do maintain that these approaches go further than classical cognitive science in properly addressing the preliminary question posed by phenomenology, namely, what is the nature of consciousness in the first place? To this question, we contribute the suggestion: It is always an occurrence in and of place.

The distinctive features of consciousness need to be defined in neurocognitive detail. The neuroanatomical substrate of awareness in the mammalian brain is fairly well understood. Further studies have suggested some previously unrecognized but specific neurophysiological correlates that may distinguish brain activity tied to conscious awareness (Massimini, Boly, Casali, Rosanova, & Tononi, 2009 Seth, Baars, & Edelman, 2005). Other approaches, such as IIT, which deduces from the essential properties of phenomenal experience, the requirements for a physical theory of consciousness (Tononi et al., 2016), might be a productive framework for further investigation, provided it is expanded to incorporate environmental interaction.

Feinberg (2012) has argued that a fuller understanding of consciousness will require a combination of evolutionary, neurobiological, and philosophical approaches (Feinberg & Mallatt, 2016). In advocating for a more phenomenological approach to the study of consciousness, Gallagher has written, “cognitive science [and] phenomenology [both] view consciousness as a solvable problem and affirm its openness to scientific, objective interpretation. In this case it is only the gap that continues to persist between phenomenology and cognitive science that seems mysterious.”

استنتاج

Many contemporary cognitive neuroscientists are heeding Andy Clark's (1997b) admonition to abandon the idea of neat dividing lines between perception, cognition, and action and to avoid research methods that artificially divorce thought from embodied action-taking.

Gallagher (2018) recently suggested that the best explanation of brain function may be found in the mixed vocabularies of embodied and situated cognition, developmental psychology, ecological psychology, applied linguistics, and the theory of affordances and material engagement, rather than the narrow vocabulary of computational neuroscience.

To these perspectives, we would add that a more intensive focus on the primacy of place will further a better understanding of the cognitive life of humans and other animals, in a manner specific to the unique needs of each.


شاهد الفيديو: بودكاست فنجان: مدخل إلى علم الأعصاب وتطور صناعة الإنسان (قد 2022).


تعليقات:

  1. Daveon

    وأنا ممتن جدا لكم على هذه المعلومات. كثيرا كانت مفيدة لي.

  2. Montaine

    يتفقون معك تماما. إنها فكرة ممتازة. أنا أدعمك.

  3. Akile

    أسلوب مألوف.

  4. Yosida

    لم يتم الحصول على شيء مثل هذا

  5. Najin

    بالتاكيد. يحدث ذلك.



اكتب رسالة