Как нейронные сети мозга кодируются в генах?

[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

ничего Вы не поняли. вообще

Можно поконкретнее?

[VPolevoj]

Сообщение от leo

Подводя этоги этой дискуссии - не только не известно, как нейронные сети кодируются в генах, но незвестно даже, работает ли мозг, как нейронная сеть.

Leo, Мозг безусловно работает как нейронная сеть. Успехи в проектировании нейрокомпьютеров свидетельствуют об этом вполне определенно. Но по всей видимости, работа мозга не заключается лишь в работе нейронной сети - а вот это пока не то чтобы не известно, но до конца не определено. И вполне может быть, что когда это станет известно окончательно, этот новый открывшийся фактор окажется более значимым в работе мозга, чем нейронные сети. Но может оказаться и так, что новые данные лишь незначительно изменят существующую модель. Все может быть.

Сообщение от leo

Просто, насколько понимаю, вся этология построена на том, что "программы поведения" животных и человека определены генами.

Этология изучает поведение.
И стоит на позиции, что поведение - это такой же видоспецифический признак, как и окраска, физиология, образ жизни и прочее. И поэтому считается, что поведение и человека и животных определяется генами, пусть не всё, а лишь то, которое не является приобретенным. А вот тут как раз и возникают споры и разногласия. Что, например у человека, является врожденным поведением, а что приобретенным? Отделить одно от другого бывает очень сложно, поэтому этология вынуждена изучать поведение всё, даже то, которое не определено генами.

Сообщение от leo

Некоторые гены, ответственные за то или иное поведение животных, известны. Но как этот ген формирует ту структуру в мозгу, которая ответственна за это действие, никому не известно.

Очень жаль.

Наверное вы правы.
Это действительно не известно. Так же, как сейчас не известно как именно гены формируют скажем сердце, или печень, лимфатическую, или кровеносную систему, а ведь они тоже "структура".
Над этим вопросом бьются, и делают открытия. И когда это станет известно, поверьте, мы все об этом обязательно узнаем, так как это будет означать слишком многое, скажем, возможность выращивать новые органы, лечение некоторых функциональных болезней и т.д. Такое открытие не пройдет незамеченным.

Сообщение от leo

Тогда, как мне кажется, возможности развития этологии, как точной науки, сильно ограничены.

Этология очень молодая наука. Но несмотря на это, она уже принесла очень существенные плоды. Были открыты такие явления как инсайт, импринтинг, сделано разделение поведения на инстинктивное и приобретенное, изучены формы группового (социального) поведения. Благодаря этологии мы очень многое узнали о себе, и я думаю, еще много чего узнаем.
Видов животных очень много (а человек представлен всего одним видом) - поэтому изучать их поведение можно практически до бесконечности. И открытий у этологии впереди великое множество.

Но вот ждать от этологии объяснений как именно гены формируют ту или иную структуру мозга не стоит - этология этого не будет делать никогда, даже когда остальные науки уже будут в этом разбираться.

Мы же с вами (поскольку мы не все этологи) вполне можем это обсудить. Мне лично данная тема интересна, и другим, я думаю, тоже.

[VPolevoj]

Сообщение от неэтолог

Много раз краем уха слышал о проектировании нейрокомпьютеров. Не представлю себе что это такое, хотел бы узнать подробнее.

Если такой компьютер будет создан (проектировать-то я тоже умею, а вот создать.......с этим у меня прАМблемки.......) мы сможем наконец без оглядки использовать лексикон компьютерщиков и проводить аналогии с компьютерами и программами разглагольствую о мозгах и мыслЯх в них?

Не знаю, есть ли на этом форуме специалисты по нейрокомпьютерам... спросите. Я не специалист.
Но, насколько я знаю, уже есть свободно распространяемые (или легкодоступные) программы для проектирования нейрокомпьютеров. Нейрокомпьютеры не обязательно создавать, их работу можно эмулировать на своем домашнем компьютере запустив обычную программу. Попробуйте гугл. Или найдите профильный форум.

[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.

[Sonta]

Leo!для рассмотрения нашей темы возьмем некоторый организм имеющий нервную систему а так же орган который мы называем головным мозгом ...и допустим что в этом мозге имеется некоторая организация клеток которую мы называем нейроной сетью (НС)
как я понимаю Ваш вопрос заключается в том ,чтобы проследить за тем как возникает НС в мозге организма следующего покаления и что в этой организации нейронов родителя и потомка общего а чем они могут и по какой причине отличаться
я постараюсь сознательно избегать в моих постах таких понятий как :
информация (совершенно не понимаю значения этого слова применительно к биологии и не только )
программа (чтобы не возникало никаких аналогий с компьютером)
генетический код(просто потому что слово код подразумевает непонятную мне информацию)
Пожалуй начнем
Любой живой организм (ЖО) представляет из себя цикл организации материи.
В ЖО нет совершенно отдельных элементов , т.е. любой ЖО тесно связан на разных этапах своего развития ,размножения и деградации с другими ЖО, и другими не биологическими условиями окружающей среды, в разной степени влияния .

учитывая сложность вопроса ,и возможные дискуссионные моменты ,даже при максимальном упрощении рассчитываю уложиться в пару сотен постов
Наберитесь терпения
тема следующего поста "ДНК или проблемма игольного ушка"

[bula]

К вышесказанному добавлю, что изучение генов, которые экспрессируются в клетках нервной системы идет полным ходом. Известно, что около 50-60% всех генов, учавствуют в формировании НС и половина из них мозгоспецифична. Известны конкретные гены, которые кодируют белки участвующие в конкретных функциях НС. В целом, если покопаться, то думаю можно найти много информации на эту тему.

[leo]

Сообщение от Sonta

Leo!для рассмотрения нашей темы возьмем некоторый организм имеющий нервную систему а так же орган который мы называем головным мозгом ...и допустим что в этом мозге имеется некоторая организация клеток которую мы называем нейроной сетью (НС)
как я понимаю Ваш вопрос заключается в том ,чтобы проследить за тем как возникает НС в мозге организма следующего покаления и что в этой организации нейронов родителя и потомка общего а чем они могут и по какой причине отличаться
я постараюсь сознательно избегать в моих постах таких понятий как :
информация (совершенно не понимаю значения этого слова применительно к биологии и не только )
программа (чтобы не возникало никаких аналогий с компьютером)
генетический код(просто потому что слово код подразумевает непонятную мне информацию)
Пожалуй начнем
Любой живой организм (ЖО) представляет из себя цикл организации материи.
В ЖО нет совершенно отдельных элементов , т.е. любой ЖО тесно связан на разных этапах своего развития ,размножения и деградации с другими ЖО, и другими не биологическими условиями окружающей среды, в разной степени влияния .

учитывая сложность вопроса ,и возможные дискуссионные моменты ,даже при максимальном упрощении рассчитываю уложиться в пару сотен постов
Наберитесь терпения
тема следующего поста "ДНК или проблемма игольного ушка"

Сонта, спасибо за ответ!

С удовольствием почитаю последующие Ваши посты.

Но вот только мне кажется, что такой подход, что вы намеренно избегаете понятий из информатики и "компьютерного мира" - немного странен.

Понятно, что в любой науке свои методы. Но мне кажется, что развивать одну область науки и при этом сознательно избегать достижений в других областях науки - несколько странно.

Теория информации разработана уже полвека назад, так же, как и теория автоматов ("программ"). Жаль, что биологи мало со всем этим знакомы.

Представьте себе такую ситуацию: физик пытается описывать движение, при этом сознательно избегая математических понятий.

Гены, белки, клетки, мозг - во всех этих системах происходит передача и обработка информации, каждой из этих систем соответствует множество алгоритмов (более подходящее слово, чем "программа"). ДНК - это точно такой же код, как и код в компьютере, только кодируется 4-мя буквами, а не 2-мя. Разработано множество алгоритмов роста и развития нейронных сетей. В том числе и генетически закодированных нейронных сетей. Зачем игнорировать все это?

Зачем избегать аналогий с компьютером, когда как раз-таки и нужно использовать эту аналогию! Аналогии - один из инструментов познания. Мне кажется, Sher как раз прав, пытаясь объяснить мозг с помощью компьютерных аналогий.