↑↓ / PgUp PgDn / колесо — навигация

Brain deep dive · Гвендолин-ночные-лекции

Мозг: 86 миллиардов нейронов на 20 ваттах

Как полтора килограмма жира и белка генерируют электрические импульсы со скоростью 120 м/с, хранят 70 лет воспоминаний без единого байта, спят, чтобы промыть себя от мусора, и почему всё это до сих пор не удаётся повторить ни одной нейросети - при том, что нейросети именно с мозга и списаны.

Глава 1

Масштаб: числа, от которых кружится голова

В мозге примерно столько же нейронов, сколько звёзд в Млечном Пути. У каждого - до 10 тысяч связей. Общая длина аксонов - 150 тысяч километров. И всё это потребляет меньше, чем лампочка в холодильнике.

Масштаб · цифры

Мозг в числах

Параметр	Значение	Для сравнения
Масса	1300-1400 г, ~2% тела	потребляет 20% кислорода и глюкозы
Нейронов	~86 млрд (Эркулано-Хоузел, 2009; раньше писали 100)	звёзд в Млечном Пути 100-400 млрд; параметров в GPT-4 ~1.8 трлн
Из них в коре	~16 млрд	в мозжечке - 69 млрд (80%!), но мелких
Глиальных клеток	~85 млрд (соотношение ~1:1, не 10:1 как учили)	астроциты, олигодендроциты, микроглия
Синапсов	100-150 трлн у взрослого; до 1 квадриллиона у ребёнка в 2-3 года	потом половина отмирает - прунинг
Связей на нейрон	в среднем 7 000, у клеток Пуркинье - до 200 000	-
Длина аксонов	~150 000 км (в основном тонких немиелинизированных)	4 раза вокруг Земли
Мощность	~20 Вт	GPU для обучения LLM - 700 Вт, кластер - мегаватты
Скорость сигнала	0.5-120 м/с (зависит от миелина и диаметра)	медь - 200 000 км/с
Частота импульсов	1-200 Гц, обычно 1-10 Гц; рефрактерный период 1-2 мс	CPU - 5 ГГц
Кровоток	750 мл/мин, 15% сердечного выброса; капилляров ~640 км	без кислорода: сознание теряется за 10 с, необратимо за 4-6 мин

Медленный, но параллельный. Нейрон срабатывает в миллион раз реже транзистора, но их 86 млрд, и все работают одновременно. Распознать лицо мозг успевает за 100-150 мс - это всего ~100 последовательных «тактов». Значит, алгоритм глубиной не больше 100 шагов, а ширина колоссальная.
Энергоэффективность - главная загадка для инженеров. 20 Вт на «обучение и инференс» одновременно, 24/7. Половина энергии уходит на поддержание мембранного потенциала (натрий-калиевые насосы), не на сигналы. Нейроморфные чипы (Intel Loihi, IBM TrueNorth) пытаются повторить - пока на 3-4 порядка хуже по универсальности.
Не размер решает. У кашалота мозг 8 кг, у слона 5 кг. Важнее число нейронов в коре: человек 16 млрд, шимпанзе 6, слон 5.6, ворона 1.5 млрд на 10 граммах. Объём мозга с IQ коррелирует слабо (r≈0.3); мозг Эйнштейна - 1230 г, ниже среднего.

Масштаб · история

Как поняли, что думает не сердце

~1700 до н.э.Папирус Эдвина Смита: первое описание мозга и травм черепа. Египтяне при мумификации мозг выбрасывали, сердце - хранили

IV в. до н.э.Гиппократ: мозг - орган мысли. Аристотель: нет, радиатор для охлаждения крови; думает сердце

II в.Гален: анатомия на животных, нервы проводят «пневму». Доминировал 1400 лет

1543-1664Везалий - точная анатомия; Виллис - «Cerebri anatome», термин «неврология»

1791-1848Гальвани: нерв лягушки - электричество. 1848: Финеас Гейдж - лом через лобную долю, личность изменилась, жив 12 лет

1861-1874Брока и Вернике: речь локализована - повреждение конкретных зон ломает конкретные функции

1888-1906Кахаль (окраска Гольджи): мозг состоит из отдельных клеток - нейронов, а не сплошной сети. Нобель 1906 с Гольджи, который был против

1929-1952Бергер - ЭЭГ. Ходжкин и Хаксли - математика потенциала действия на аксоне кальмара (Нобель 1963)

1953-2020-епациент H.M.: без гиппокампа - без новой памяти. 1990 - фМРТ. 2005 - оптогенетика. 2024 - полный коннектом мухи (140 тыс. нейронов), 1 мм³ коры человека (Google/Harvard, 1.4 ПБ)

Мозг изучали через поломки. Гейдж, Брока, H.M., пациенты с расщеплённым мозгом (Сперри, Нобель 1981): почти всё, что известно о локализации функций до эпохи фМРТ, получено из травм, инсультов и операций. Этика этого - отдельная тема.
Нейронная доктрина Кахаля - нейроны отдельны, сигнал идёт в одну сторону (дендриты → тело → аксон), контакт через щель. Электронный микроскоп подтвердил синаптическую щель только в 1950-х.

Что мы до сих пор не знаем

Как из активности нейронов возникает субъективный опыт (hard problem)
Как кодируется конкретное воспоминание (энграмма найдена у мышей - но как читать?)
Зачем 69 млрд нейронов в мозжечке
Полный коннектом человека: 86 млрд нейронов × 10⁴ связей - зеттабайты. Мухи хватило на 2024 год
Почему сон обязателен и что именно сломается без него на уровне молекул

Глава 2

Нейрон: клетка, которая стреляет

Батарейка на 70 милливольт, провод из жира, переключатель из белка. Потенциал действия - самый изученный процесс в биологии и единственный сигнал, которым мозг вообще умеет пользоваться.

Нейрон · строение

Части нейрона и что каждая делает

Вход слева (дендриты), обработка в центре (тело, аксонный холмик), выход справа (аксон и терминали). Направление сигнала - одно, всегда.

Часть	Что делает	Цифры
Дендриты	ветвистые входы; принимают сигналы от тысяч других нейронов через синапсы на шипиках (spines). Не пассивные провода: локально усиливают, суммируют, умножают - дендрит сам по себе мини-процессор	1000-10 000 шипиков; общая длина дендритов пирамидного нейрона - до 1 см
Сома (тело)	ядро, ДНК, синтез белков; интегрирует входы. Диаметр 4-100 мкм	потенциал покоя −70 мВ
Аксонный холмик	место решения: если суммарный потенциал достиг порога (~−55 мВ) - генерируется импульс. Всё или ничего	высочайшая плотность Na⁺-каналов
Аксон	выходной провод, один на нейрон (но ветвится в конце). От 1 мм до 1 м (мотонейрон от поясницы до пальца ноги)	диаметр 0.2-20 мкм
Миелин	жировая изоляция из олигодендроцитов (в ЦНС) / шванновских клеток (периферия), намотана сегментами с разрывами - перехватами Ранвье. Импульс прыгает от перехвата к перехвату (сальтаторно) - в 10-50 раз быстрее	120 м/с с миелином, 0.5-2 м/с без. Белое вещество = миелин
Терминали	окончания с пузырьками нейромедиатора; синапс с дендритом следующего нейрона	1 аксон - до 10 000 терминалей
Глия	астроциты - питание, гомеостаз ионов, контроль синапсов, гемато-энцефалический барьер; олигодендроциты - миелин; микроглия - иммунитет и прунинг синапсов	~85 млрд; астроцит обслуживает до 2 млн синапсов

Нейрон · потенциал действия

Потенциал действия: 2 миллисекунды, 100 милливольт

Покой −70 мВснаружи много Na⁺, внутри K⁺. Na/K-насос качает 3 Na⁺ наружу, 2 K⁺ внутрь, жрёт 1 ATP. Утечка K⁺ держит минус внутри

Деполяризация до порогавходы от синапсов сдвигают потенциал к −55 мВ на аксонном холмике

Взлёт до +40 мВпотенциал-зависимые Na⁺-каналы открываются лавинно: Na⁺ врывается внутрь. 0.5 мс

РеполяризацияNa⁺-каналы инактивируются, K⁺-каналы открываются, K⁺ выходит. Возврат к минусу. 1 мс

Гиперполяризация«перелёт» до −80 мВ, K⁺-каналы закрываются медленно. Рефрактерный период: назад импульс не пойдёт

Всё или ничего. Импульс одинаковой амплитуды всегда. Информация - не в размере, а в частоте и времени прихода импульсов (rate coding и temporal coding). Сильный стимул = чаще, не сильнее.
Распространение без затухания: каждый участок мембраны заново генерирует полный импульс - как эстафета, а не как ток по проводу. Отсюда медленно, но на метр без потерь.
Ходжкин-Хаксли (1952) описали это четырьмя дифференциальными уравнениями на аксоне кальмара (диаметр 1 мм - удобно втыкать электрод). Модель работает до сих пор, Нобель 1963.
Яды бьют сюда: тетродотоксин (фугу) блокирует Na⁺-каналы - паралич; лидокаин - то же, локально; яд скорпиона держит их открытыми.

Волна открывающихся ионных каналов бежит по мембране. За ней - зона рефрактерности, поэтому импульс идёт только вперёд.

Глава 3

Синапс: где электричество становится химией

Между двумя нейронами - щель в 20 нанометров. Импульс через неё не перепрыгнет. Вместо этого - пузырёк молекул, рецептор, и полмиллисекунды задержки. Именно тут работают все психоактивные вещества, антидепрессанты и обучение.

Синапс · механика

Как передаётся сигнал через щель

1. Импульс в терминальдеполяризация открывает Ca²⁺-каналы, кальций входит

2. ЭкзоцитозCa²⁺ заставляет везикулы (пузырьки с ~5000 молекул медиатора) слиться с мембраной - SNARE-белки. 0.2 мс

3. Диффузиямедиатор пересекает щель 20-40 нм за микросекунды

4. Рецепторионотропный: открывает канал сразу (быстро, мс). Метаботропный (GPCR): запускает каскад внутри клетки (медленно, секунды-минуты, но усиливает)

5. Уборкаобратный захват транспортёрами в терминаль, расщепление ферментом (ацетилхолинэстераза), диффузия. Здесь работают SSRI и кокаин

Возбуждающий синапс (глутамат) впускает Na⁺ → мембрана ближе к порогу (EPSP, +0.5-1 мВ). Тормозный (ГАМК) впускает Cl⁻ или выпускает K⁺ → дальше от порога (IPSP). Нейрон суммирует сотни EPSP и IPSP в пространстве и времени; порог пробивается, если возбуждение перевесило.
Один нейрон - один основной медиатор (принцип Дейла, с оговорками): глутаматный нейрон всегда возбуждает, ГАМК-нейрон всегда тормозит. 80% нейронов коры - возбуждающие пирамидные, 20% - тормозные интернейроны, и без них кора уходит в эпилепсию за секунды.
Электрические синапсы (щелевые контакты) тоже есть - без химии, без задержки, но без усиления и модуляции. В сетчатке, в сердце, для синхронизации интернейронов.

Цифры синапса

Ширина щели	20-40 нм (химический), 3 нм (электрический)
Задержка	0.5-1 мс; 100 синапсов подряд = 100 мс - вот куда уходит время реакции
Везикул в терминали	100-1000, готовых к выбросу - 5-10
Молекул в везикуле	~5000
Вероятность выброса	0.1-0.9: синапс ненадёжен по конструкции - стохастичность как фича
Рецепторов на шипике	10-200 AMPA; число меняется при обучении
Размер шипика	0.01-0.8 мкм³; растёт при LTP за минуты, остаётся годами
Синапсов на мм³ коры	~1 млрд

Синапс · нейромедиаторы

Нейромедиаторы: кто за что отвечает

Около сотни известных медиаторов, 90% работы делают шесть. «Дофамин = удовольствие» - упрощение до неправды.

Медиатор	Реально делает	Мало / много	Что на него действует
Глутамат	главный возбуждающий (90% синапсов коры); обучение через NMDA-рецепторы	избыток - эксайтотоксичность при инсульте, эпилепсия	кетамин, PCP, мемантин (NMDA-блок); ламотриджин
ГАМК	главный тормозный; держит кору от перевозбуждения, сон, снижение тревоги	мало - тревога, судороги, бессонница	бензодиазепины, алкоголь, барбитураты, золпидем, габапентин - усиливают
Дофамин	не удовольствие, а предсказание награды и мотивация («хочу», не «нравится»); движение; рабочая память	мало в стриатуме - Паркинсон; много - психоз, тики; сбой - СДВГ, зависимости	L-DOPA, амфетамин, кокаин (блок захвата), метилфенидат; антипсихотики блокируют D2
Серотонин	настроение, сон, аппетит, импульсивность, боль; 90% серотонина тела - в кишечнике	«мало серотонина = депрессия» - гипотеза шатается (Moncrieff 2022)	SSRI (флуоксетин и т.п.), MDMA (массовый выброс), псилоцибин/ЛСД (агонисты 5-HT2A), триптаны
Норадреналин	бдительность, внимание, стресс-ответ, консолидация эмоциональной памяти. Из голубого пятна на весь мозг	мало - апатия, СДВГ; много - тревога, бессонница	атомоксетин, бета-блокаторы (пропранолол - убирает дрожь и «память страха»), клонидин
Ацетилхолин	мышцы (нервно-мышечный синапс), внимание, обучение, REM-сон	потеря нейронов - Альцгеймер (первая мишень)	никотин (агонист), донепезил (блок эстеразы), атропин, ботулотоксин (блок выброса), кураре, боевые ОВ
Эндорфины, аденозин, окситоцин	«нравится» и обезболивание; давление сна; привязанность	-	опиоиды; кофеин блокирует аденозин

Синапс · пластичность

Пластичность: как синапс учится

Правило Хебба (1949): «нейроны, которые активируются вместе, связываются вместе». Если пресинаптический нейрон часто стреляет прямо перед постсинаптическим, синапс усиливается. Это единственный известный механизм обучения в мозге - и прямой предок backpropagation по духу, хотя механика совсем другая (нет глобальной ошибки).
LTP (долговременная потенциация, Блисс и Лёмо 1973): сильная активация → NMDA-рецептор пропускает Ca²⁺ (он открывается только при одновременно глутамате И деполяризации - молекулярный детектор совпадений) → каскад киназ → в мембрану встраиваются новые AMPA-рецепторы → шипик растёт. Через часы - синтез белков, синапс закреплён на годы.
LTD (депрессия): слабая, несинхронная активация → небольшой Ca²⁺ → фосфатазы → AMPA убираются, шипик сжимается и может исчезнуть. Забывание - активный процесс.
STDP: порядок решает. Пре за 10 мс до пост - усиление; пост раньше пре - ослабление. Синапс учит причинность.
Структурная пластичность: новые шипики за часы (жонглирование 3 месяца - плотность серого вещества выросла), перестройка карт коры (у слепых зрительная кора читает Брайль; у ампутантов «фантомная конечность» - соседняя область захватила территорию).

Критические периоды

Зрение (бинокулярное)	до 5-8 лет; косоглазие или катаракта не исправлены - амблиопия навсегда (Хьюбел и Визель, котята, Нобель 1981)
Фонетика языка	до 12 мес. младенец различает все фонемы мира, к году - только родные (японцы теряют r/l)
Грамматика	до ~7 лет без акцента и с нативной грамматикой; до пубертата - почти; после - никогда как родной
Абсолютный слух	формируется до 6-7 лет, потом почти невозможно
Префронтальная кора	миелинизация и прунинг до 25 лет: контроль импульсов, планирование дозревают последними

Пластичность взрослого сохраняется, но дороже: нужны внимание, повторение, сон и ошибки (дофаминовый сигнал «не то, что ожидал» - главный учитель). Нейрогенез у взрослого - только в гиппокампе (~700 нейронов в день) и спорно.

Глава 4

Анатомия: карта отделов

Три этажа эволюции в одном черепе: ствол ящерицы, лимбика млекопитающего, кора примата. Каждый отдел - своя эпоха, свои задачи и своя цена при поломке.

Анатомия · отделы

Снизу вверх: от дыхания до философии

Ствол - автоматика; мозжечок - координация; промежуточный мозг - коммутатор и гормоны; лимбика - эмоции и память; кора - всё остальное.

Отдел	Функция	При поражении
Продолговатый мозг	дыхание, сердечный ритм, давление, глотание, рвота, кашель. Перекрёст пирамидных путей (левое полушарие - правая половина тела)	смерть. Именно его отсутствие активности = смерть мозга
Мост и средний мозг	ретикулярная формация - бодрствование и сон; движения глаз; слуховой и зрительный рефлексы; чёрная субстанция (дофамин → движение); голубое пятно (норадреналин)	кома, locked-in синдром (сознание есть, движений нет), Паркинсон
Мозжечок	координация, баланс, точность и тайминг движений, моторное обучение (велосипед); участвует и в когнитивных функциях. 69 млрд нейронов, 80% всех	атаксия: пьяная походка, тремор при движении, невнятная речь. Алкоголь бьёт сюда первым
Таламус	коммутатор: все сенсорные сигналы (кроме обоняния) идут через него в кору; регулирует, что пропустить в сознание; ритмы сна	потеря чувствительности, таламическая боль, нарушение сознания
Гипоталамус	4 грамма, управляет всем телом: голод, жажда, температура, циркадные ритмы (СХЯ), половое поведение, гипофиз и все гормоны, стресс (ось HPA)	ожирение или истощение, несахарный диабет, нарушение терморегуляции
Базальные ганглии	выбор и запуск действий, привычки, торможение лишних движений; стриатум - дофаминовое обучение	Паркинсон (не запускается), Хантингтон (не тормозится), ОКР, Туретт
Лимбическая система	гиппокамп (память), амигдала (страх, значимость), поясная кора, обонятельный мозг	амнезия, отсутствие страха (Urbach-Wiethe), ПТСР
Кора	2-4 мм, 6 слоёв, 2500 см² в складках; восприятие, движение, речь, планирование, сознание	зависит от зоны - следующий слайд

Анатомия · кора

Кора: четыре доли и что где

Доля	Ключевые зоны	Поломка
Лобная (35% коры)	моторная кора (карта тела, ноги сверху); премоторная - планирование движений; зона Брока - производство речи; префронтальная - рабочая память, планирование, контроль импульсов, личность, социальное поведение	Гейдж: грубость, импульсивность. Афазия Брока: понимает, сказать не может. Лоботомия (40 тыс. в США) - апатия
Теменная	соматосенсорная кора (осязание, карта тела); пространство, внимание, счёт, «где» в зрении; интеграция чувств	неглект: игнорирует левую половину мира (ест с половины тарелки, бреет полбороды); не может одеться; акалькулия
Височная	слуховая кора; зона Вернике - понимание речи; распознавание объектов и лиц (веретенообразная извилина); гиппокамп внутри; семантическая память	афазия Вернике: бегло говорит бессмыслицу; прозопагнозия - не узнаёт лица, включая своё; амнезия
Затылочная	зрительная кора V1-V5: края, цвет, движение, форма. Только зрение	корковая слепота (глаза целы); акинетопсия - мир как слайд-шоу; слепозрение
Островок (внутри)	интероцепция: чувство своего тела, отвращение, боль, тяга (craving), эмпатия	курильщики с инсультом островка бросают без ломки

6 слоёв и колонки. Кора везде построена одинаково: 6 слоёв, входы из таламуса в слой 4, выходы из 5-6, локальные связи в 2-3. Вертикальная колонка ~0.5 мм - повторяющийся модуль (Маунткасл). Гипотеза: кора - универсальный алгоритм, а специализация зон - от того, что подключено. Аргумент: перенаправленный зрительный нерв у хорьков заставил слуховую кору видеть.
Иерархия обработки: V1 видит края под углом, V2 - контуры, V4 - формы и цвета, IT - объекты и лица. Каждый уровень абстрактнее. Ровно так устроены свёрточные сети - и это не совпадение: Фукусима и ЛеКун списывали с Хьюбела-Визеля.
Полушария: левое - язык, последовательности, детали (у 95% правшей); правое - пространство, лица, просодия, целое. Но «левополушарные люди» - миф: обе стороны работают в каждой задаче. Мозолистое тело (200 млн аксонов) их связывает; разрезанное (при эпилепсии) - два сознания в одном черепе (Сперри, Газзанига).
Складки - для площади: 2500 см² в 1400 см³. У крысы кора гладкая, у дельфина складок больше, чем у нас.

Глава 5

Восприятие: мозг не видит - он догадывается

Сетчатка отдаёт 10 мегабит в секунду, и это всё, что есть. Остальное - цвет, глубина, постоянство объектов, слепое пятно, которого ты не видишь - мозг дорисовывает сам. Восприятие - это управляемая галлюцинация, сверенная с сенсорами.

Восприятие · зрение

Зрение: от фотона до лица за 150 миллисекунд

Сетчатка → зрительный нерв → хиазма (перекрёст носовых половин) → таламус (ЛКТ) → V1 в затылке. Левое поле зрения обоих глаз - в правое полушарие.

Этап	Что происходит	Цифры
Сетчатка	часть мозга, вынесенная в глаз. 120 млн палочек (ночь, ч/б, периферия) + 6 млн колбочек (цвет, 3 типа, в центре - фовеа). Уже тут: контраст, края, движение - 5 слоёв нейронов делают предобработку	выход: 1.2 млн аксонов ганглиозных клеток ~ 10 Мбит/с. Фовеа - 1° поля, но 50% V1
Слепое пятно	место выхода нерва без фоторецепторов, 5° поля. Мозг заполняет фоном - ты его никогда не видел	размер ~ 9 лун в небе
Таламус (ЛКТ)	ретрансляция + фильтрация; 80% входов в ЛКТ - обратно из коры, а не из глаза. Кора говорит таламусу, что ожидать	-
V1	ретинотопическая карта: детекторы ориентированных краёв (Хьюбел-Визель), колонки ориентации, доминантности глаза	~140 млн нейронов; 40 мс после стимула
Два потока	вентральный («что») через V4 в височную: форма, цвет, объекты, лица. Дорсальный («где/как») через V5/MT в теменную: движение, положение, наведение руки	пациентка D.F.: не узнаёт объекты, но точно берёт их рукой
Распознавание	веретенообразная извилина - лица (FFA), парагиппокампальная - места, есть нейроны на конкретных людей («нейрон Дженнифер Энистон»)	лицо опознано за 100-170 мс (N170 в ЭЭГ)
Саккады	глаз прыгает 3-4 раза в секунду, во время прыжка мозг «выключает» картинку (саккадическое подавление). ~2 часа в день ты слеп и не замечаешь	до 900°/с, 20-200 мс каждая

Восприятие · остальные чувства

Слух, осязание, обоняние, вкус - и те, что не в школьной пятёрке

Слух

Улитка - 3.5 см спирали с 16 000 волосковых клеток, разложенных по частоте как клавиатура: 20 кГц у основания, 20 Гц у вершины. Механический Фурье-анализ в реальном времени. Волосковые клетки не восстанавливаются - громкость убивает их навсегда.

Локализация: разница прихода в 10 микросекунд между ушами - мозг её слышит (медиальная верхняя олива). Точность 1-2°.

Речь: 10-15 фонем в секунду, восстановление по контексту. Кохлеарный имплант - 22 электрода вместо 16 000 клеток - и человек понимает речь: мозг дообучается за месяцы.

Осязание и боль

Рецепторы давления, вибрации, растяжения, температуры (TRPV1 - жар и капсаицин, TRPM8 - холод и ментол). Карта тела в S1 - гомункул: губы и пальцы огромные, спина крошечная. Плотность: 2 мм на кончике пальца, 40 мм на спине.

Боль - не сенсор, а оценка: ноцицепторы дают сигнал, а мозг решает, больно ли, с учётом контекста, внимания, ожидания. Отсюда плацебо (реально включает эндорфины), фантомная боль, хроническая боль без повреждения. Ворота боли в спинном мозге - почему потереть ушиб помогает.

Химия и скрытые чувства

Обоняние: 400 типов рецепторов (у собаки 800, у мыши 1100), комбинаторный код → триллион различимых запахов. Единственное чувство мимо таламуса, напрямую в лимбику - поэтому запах бьёт в память и эмоции. Первый симптом Паркинсона и ковида.

Вкус: 5 базовых (сладкий, солёный, кислый, горький, умами) + жир спорно. 80% «вкуса» - запах.

Ещё: проприоцепция (где мои конечности - с закрытыми глазами), вестибулярный аппарат (ускорение, гравитация), интероцепция (сердце, кишечник, голод), термоцепция, чувство времени. Итого чувств - не 5, а 20+.

Predictive processing - ведущая теория восприятия: кора не обрабатывает вход снизу вверх, а генерирует предсказание сверху вниз и сравнивает. По нервам вверх идёт только ошибка предсказания. Отсюда иллюзии, «слышу слова в шуме», галлюцинации при сенсорной депривации, и то, почему 80% связей в зрительной системе идут сверху вниз.

Глава 6

Память: не жёсткий диск, а пересказ

В мозге нет адресов и файлов. Воспоминание - это паттерн синапсов, который при каждом вызове перезаписывается и слегка меняется. Гиппокамп записывает, кора хранит, сон переносит. Пациент, потерявший гиппокамп в 1953-м, объяснил всё это лучше любой теории.

Память · виды

Систем памяти - несколько, и они независимы

Система	Что хранит	Где	Длительность / объём
Сенсорная	сырой образ (иконическая, эхоическая)	сенсорная кора	0.2-4 с; много
Рабочая (кратковременная)	то, о чём думаешь сейчас: номер, промежуточный результат	префронтальная кора + теменная, поддержание активностью	10-30 с без повторения; 4±1 элемент (не 7±2 - Коуэн 2001)
Эпизодическая	события с контекстом: где, когда, что чувствовал. «Помню, как»	гиппокамп → распределённо в коре	годы; первые 3 года жизни не сохраняются (инфантильная амнезия)
Семантическая	факты и понятия без контекста: Париж - столица Франции. «Знаю, что»	височная кора, распределённо	десятилетия; ёмкость не измерена, оценки 1-1000 ТБ бессмысленны
Процедурная	навыки: велосипед, печать, игра на инструменте	базальные ганглии, мозжечок, моторная кора	пожизненно; H.M. учился рисовать по зеркалу, не помня уроков
Прайминг, условные рефлексы, эмоциональная	неявные ассоциации; страх на стимул	кора; амигдала	амигдала помнит страх, даже когда гиппокамп забыл контекст

Пациент H.M. (Генри Молейсон, 1926-2008)

В 1953 хирург Сковилл удалил ему оба гиппокампа с окружением, чтобы вылечить эпилепсию. Эпилепсия ушла. Вместе с ней - способность запоминать что-либо новое дольше 30 секунд. 55 лет он знакомился с исследователями каждый день заново.

Что осталось: интеллект (IQ 112), речь, старые воспоминания до операции (с провалом за 2-3 года до неё), рабочая память, моторные навыки - он учился новым задачам, каждый раз удивляясь, что уже умеет.

Что доказал: память - не одна система; гиппокамп нужен для записи эпизодов, но не для хранения (старое сохранилось) и не для навыков. Самый изученный пациент в истории - 2401 срез его мозга оцифрован.

Память · гиппокамп

Гиппокамп: индексатор, GPS и ночной архиватор

Индекс, не хранилище. Событие - это активность в зрительной, слуховой, эмоциональной коре одновременно. Гиппокамп связывает эти разбросанные паттерны одним «указателем» (быстро, за один раз - one-shot learning). При вспоминании указатель реактивирует всю картину. Со временем связи между самими зонами коры укрепляются, и указатель уже не нужен - воспоминание «переехало» в кору (консолидация, месяцы-годы).
GPS: клетки места (О'Киф, 1971) - нейрон стреляет, когда крыса в конкретной точке комнаты. Grid-клетки в энторинальной коре (Мозеры, 2005) - гексагональная координатная сетка. Нобель 2014. Та же система кодирует «карту» понятий и времени - память эпизодов по сути пространственная. Отсюда работают «дворцы памяти».
Паттерн-сепарация и комплетация: зубчатая извилина разводит похожие события (вчерашняя и сегодняшняя парковка), CA3 достраивает целое по фрагменту (запах → вся сцена). Сбой сепарации = «всё сливается» при старении.
Ночной replay: во сне гиппокамп прокручивает дневные последовательности клеток места в 10-20 раз быстрее, синхронно с веретёнами в коре. Это и есть перенос. Прерви медленный сон - память за день не закрепится.
Уязвим: первым страдает при Альцгеймере, гипоксии, хроническом стрессе (кортизол убивает нейроны CA3, гиппокамп уменьшается при депрессии и ПТСР), алкоголе (blackout = гиппокамп отключился, ты действуешь, но не записываешь).

Гиппокамп («морской конёк») - по одному в каждой височной доле, 3-4 см. Вокруг - энторинальная кора (вход), амигдала (эмоциональная метка).

Память · как она врёт

Реконсолидация: каждое воспоминание - пересказ пересказа

Вспомнить = сделать лабильным. При извлечении воспоминание переходит в нестабильное состояние и должно быть записано заново (реконсолидация, Надер 2000). В этом окне (часы) его можно изменить: добавить деталь, ослабить эмоцию (пропранолол после вспоминания травмы - основа терапии ПТСР), или стереть у крыс.
Ложные воспоминания внедряются легко. Лофтус (1974): вопрос «как быстро ехали машины, когда врезались?» вместо «столкнулись» - свидетели «вспоминают» разбитое стекло, которого не было. 25% испытуемых «вспомнили» детское событие, которого не было, после трёх бесед. Свидетельские показания - худшее доказательство в суде, 70% оправданных по ДНК были осуждены по ним.
Flashbulb memories («где ты был 11 сентября») ощущаются кристально точными и врут так же, как обычные: через 3 года 40% деталей не совпадают с записанным на следующий день. Уверенность и точность не связаны.
Забывание - функция, не баг. Кривая Эббингауза: 50% за час, 70% за сутки без повторения. Но интервальное повторение (SRS: 1 день - 3 - 7 - 21) переворачивает кривую. Забывание убирает шум, чтобы обобщать: люди с гипертимезией (помнят каждый день жизни) не умнее и часто страдают.

Что реально работает для запоминания

Интервальное повторение	эффект размера d≈0.7-1.0, самый надёжный результат когнитивной психологии. Anki и аналоги
Активное извлечение	тестировать себя вместо перечитывания: +50% через неделю (Karpicke & Roediger 2008)
Сон после обучения	ночь после - +20-40% удержания; дневной сон 60-90 мин тоже работает
Связывание и смысл	глубокая обработка (зачем, с чем связано) > механическое. Дворец памяти - использует пространственную систему гиппокампа
Чередование	interleaving тем вместо блоков: хуже ощущается, лучше запоминается
Не работает	перечитывание, подчёркивание, «стили обучения», зубрёжка в ночь, «мозговые тренажёры» (не переносятся)

Глава 7

Сон: треть жизни на обслуживание

Эволюция не оставила бы животное беззащитным на 8 часов в сутки без крайней необходимости. Сон есть у всех - от мухи до кита. За ночь мозг промывает себя, переписывает память и подрезает синапсы. Без него крыса умирает за 2-3 недели - раньше, чем без еды.

Сон · архитектура

Стадии сна и что в каждой происходит

Ночь - 4-6 циклов по ~90 минут. В первой половине больше глубокого сна (N3), во второй - REM. Отсюда: лёг в 3 ночи - потерял глубокий сон, встал в 5 утра - потерял REM.

Стадия	ЭЭГ	Что происходит	Доля ночи
Бодрствование	бета 15-30 Гц, альфа 8-12 при закрытых глазах	-	-
N1 (дремота)	тета 4-8 Гц	переход, гипнагогические образы, вздрагивания (миоклонии). Легко разбудить, «я не спал»	5%
N2	тета + сонные веретёна (12-15 Гц вспышки) + К-комплексы	веретёна - таламус блокирует внешние сигналы и «прошивает» память в кору; чем больше веретён, тем лучше запомнил моторику	45-55%
N3 (глубокий, медленноволновой)	дельта 0.5-4 Гц, амплитуда огромная - вся кора синхронно вкл/выкл	консолидация декларативной памяти (replay гиппокамп → кора); глимфатическая промывка; гормон роста; иммунитет. Разбудить трудно, разбуженный - в отключке (sleep inertia)	15-25%; падает с возрастом (в 70 лет почти нет)
REM (быстрый)	как бодрствование (бета/тета), быстрые движения глаз	яркие сны; атония мышц (иначе разыгрывал бы сны - при её сбое так и бывает, предвестник Паркинсона); эмоциональная переработка (норадреналин на нуле - единственное время); процедурная и творческая память; терморегуляция выключена	20-25%, эпизоды удлиняются к утру

Сон · зачем

Зачем спать: четыре ответа науки

Промывка (Недергаард, 2013). Во сне межклеточное пространство мозга расширяется на 60%, спинномозговая жидкость прокачивается через ткань по каналам вокруг сосудов (глимфатическая система) и вымывает метаболиты, включая бета-амилоид и тау. Одна бессонная ночь - амилоид в гиппокампе +5%. Хронический недосып - фактор риска Альцгеймера.
Консолидация памяти. Медленный сон: гиппокамп → кора, факты и события. REM: связывание, обобщение, инсайт (после ночи сна задачу с скрытым правилом решают в 2 раза чаще). Ночь без сна перед экзаменом = −40% к запоминанию учебного материала на следующий день - гиппокамп «полон».
Синаптический гомеостаз (Тонони). Днём синапсы только усиливаются (обучение) - к вечеру они «перегреты», мозг шумит. Медленный сон глобально ослабляет все синапсы на ~20%, сохраняя пропорции: сигнал/шум растёт, энергия экономится, место для завтра освобождается. Прунинг - буквально: микроглия обкусывает слабые синапсы во сне.
Эмоциональная перезагрузка. В REM норадреналин на нуле, амигдала прогоняет дневные события без стресс-гормона - воспоминание остаётся, острота уходит. При недосыпе амигдала на 60% реактивнее, префронтальный контроль слабее: раздражительность и тревога - прямое следствие.

Регуляция: два процесса

Циркадный (процесс C)

супрахиазматическое ядро гипоталамуса, ~24.2 ч, синхронизируется светом через сетчатку (меланопсиновые клетки, чувствительны к синему 480 нм). Мелатонин из эпифиза - сигнал «темно», не снотворное. Смещение: 1 час в день максимум, отсюда джетлаг

Гомеостатический (процесс S)

аденозин накапливается за бодрствование как побочный продукт расхода ATP, давит на сон; во сне расщепляется. Кофеин блокирует рецепторы аденозина - не даёт энергию, а скрывает долг. Полувыведение 5-6 ч: кофе в 16:00 - половина в крови в 22:00

Недосып в цифрах: 17 часов без сна = когнитивно как 0.5‰ алкоголя (0.05% BAC), 24 часа = 1‰. 6 часов сна 2 недели = дефицит как 2 бессонные ночи, при этом субъективно «привык». Риск ДТП ×2 при <6 ч. Хронически <6 ч: +20% смертность, +48% ИБС, инсулинорезистентность за неделю, тестостерон −15%. Нормы: взрослые 7-9 ч, подростки 8-10, короткоспящие по гену DEC2 - 1% населения, остальные врут себе.

Глава 8

Эмоции, награда, зависимость

Амигдала решает за 12 миллисекунд - быстрее, чем ты осознал, что увидел. Дофамин обещает, а не награждает. Стресс полезен на 20 минут и разрушителен на 20 месяцев. Все зависимости - от героина до ленты соцсети - работают через одну и ту же схему из трёх узлов.

Эмоции · схема

Амигдала, дофамин и стресс: три контура

Амигдала: детектор значимости

Два миндалевидных ядра в глубине височных долей. Получает сырой сенсорный сигнал от таламуса напрямую («низкая дорога», 12 мс) и обработанный от коры («высокая дорога», 30-40 мс). Отпрыгнул от палки, потом понял, что не змея - это оно.

Запускает: замирание/бегство/драку через гипоталамус, выброс адреналина, усиление внимания, запись в память с меткой «важно» (эмоциональные события помнятся лучше - через норадреналин). Не только страх: значимость вообще, включая приятное.

Пациентка S.M. с разрушенной амигдалой: не чувствует страха вовсе, подходит к любому, доверяет всем, несколько раз почти убита. Ужас в фильмах - не понимает.

Дофамин: ошибка предсказания

Шульц (1997): дофаминовые нейроны VTA стреляют не на награду, а на разницу между ожидаемым и полученным. Ожидал сок, получил сок - тишина. Неожиданный сок - всплеск. Ожидал, не получил - провал ниже базы. Это буквально TD-learning из reinforcement learning, открытое в мозге через 10 лет после алгоритма.

Дофамин = «хочу», мотивация, обучение. «Нравится» - опиоидная система и эндоканнабиноиды в других местах. Крыса без дофамина не идёт к еде, но ест с удовольствием, если положить в рот.

Непредсказуемая награда даёт больший всплеск, чем регулярная: игровые автоматы, лента, уведомления - «переменное подкрепление» Скиннера.

Стресс: ось HPA

Угроза → гипоталамус (CRH) → гипофиз (ACTH) → надпочечники → кортизол за 15-20 минут (адреналин - за секунды, другим путём). Кортизол: глюкоза в кровь, подавить иммунитет и пищеварение, обострить память на событие.

Острый стресс полезен: внимание, память, иммунитет на подъёме на часы. Хронический (недели): кортизол убивает дендриты в гиппокампе (−10-15% объёма при ПТСР и депрессии), растит амигдалу, тормозит префронтальную кору, ломает сон и иммунитет, накапливает висцеральный жир. Сапольски: зебра боится льва 5 минут, человек - ипотеки 20 лет, а система одна и та же.

Зависимость - это обучение, вышедшее из-под контроля. Вещество/действие вызывает дофаминовый всплеск в 2-10 раз выше естественного → стриатум записывает: «это важнее всего» → сигналы среды (место, время, люди) начинают сами вызывать тягу (craving) через инсулу и амигдалу → префронтальная кора, которая должна сказать «нет», ослаблена хроническим избытком дофамина. Толерантность (рецепторы D2 уменьшаются) → нужно больше → удовольствия всё меньше, а тяги всё больше. Ремиссия - годы, потому что синапсы стриатума перестраиваются медленно.

Глава 9

Сознание, мозг и нейросети

Искусственные нейросети списаны с мозга в 1943-м и с тех пор обогнали его в шахматах, го и переводе. При этом ни одна не объясняет, почему у тебя есть ощущение красного, а у неё - только число 0.87. И работают они совсем не так, как думали.

Сознание · что известно

Сознание: измеримая часть неизмеримого

Два вопроса. Лёгкая проблема: какие процессы в мозге соответствуют сознанию (решается экспериментами). Трудная проблема (Чалмерс, 1995): почему эти процессы вообще ощущаются - почему обработка сигнала 620 нм сопровождается переживанием красного. Ответа нет ни у кого, включая нейробиологов, философов и нейросети.
Нейронные корреляты: сознание требует таламо-кортикальной системы (ствол включает, кора наполняет содержанием). Мозжечок с 69 млрд нейронов - не нужен: люди без мозжечка сознательны. Ключ - рекуррентная обработка и интеграция: сигнал должен не просто дойти до коры, а «зазвенеть» между зонами 200-300 мс (P3b, глобальное зажигание).
Теории-кандидаты: Global Workspace (Дехане) - сознание = информация, транслируемая по всей коре через префронтально-теменную сеть; Integrated Information Theory (Тонони) - сознание = мера интеграции Φ системы, и её в принципе можно посчитать; Higher-order theories; predictive processing. В 2023 - adversarial collaboration GWT vs IIT, обе частично провалились.
Бессознательное делает большую часть работы. Прайминг, слепозрение, решения до осознания (Либет: моторная кора активна за 300+ мс до «я решил» - но интерпретация спорна), автопилот вождения. Сознание - узкое горлышко в 40-50 бит/с на входе в 10 Мбит/с.

Состояния и их измерение

Анестезия	пропофол усиливает ГАМК → кора теряет дальние связи, локальная активность остаётся. Мы до сих пор не знаем точно, почему это выключает сознание. 1-2 на 1000 просыпаются во время операции
Кома / вегетативное / минимальное сознание	10-20% «вегетативных» пациентов по фМРТ выполняют команды («представьте теннис») - сознание есть, выхода нет. Пертурбационный индекс (TMS+ЭЭГ) отличает с точностью ~95%
Сон	N3 - сознание почти выключено, но не совсем (сны бывают); REM - полное сознание без тела
Психоделики	агонисты 5-HT2A → распад сети пассивного режима (DMN), «растворение эго», энтропия активности ↑. Терапия депрессии и ПТСР в фазе III
Расщеплённый мозг	два полушария отвечают по-разному на один вопрос; левое сочиняет объяснения действиям правого - «интерпретатор» Газзаниги
Локация «я»	нет единого центра. Ощущение тела - теменная + островок; иллюзия резиновой руки и выход из тела - стимуляцией одной точки (угловая извилина)

Мозг vs нейросеть

Что нейросети взяли у мозга и в чём разошлись

	Мозг	Искусственная нейросеть (LLM, CNN)	Кто выигрывает
Единица	нейрон: тысячи входов, нелинейный, стохастический, с внутренней динамикой (дендриты считают), 100+ типов	взвешенная сумма + ReLU/GELU; одинаковые; детерминированные	-
Сигнал	спайки: бинарные события, время важно (STDP)	непрерывные float, время - только в RNN/трансформере через позиции	-
Обучение	локальные правила (Хебб, STDP), глобальные модуляторы (дофамин), без backprop - нет механизма передать ошибку назад через синапс	backpropagation: глобальный градиент через все слои. Биологически неправдоподобно, но работает лучше всего известного	ИИ - по эффективности градиента
Данные для обучения	ребёнок к 3 годам слышит ~30 млн слов и выучивает язык	LLM - 10-20 трлн токенов, в миллион раз больше	мозг - по data efficiency, разгромно
Энергия	20 Вт, обучение и работа одновременно	обучение GPT-4 ~50 ГВт·ч; инференс - сотни ватт на запрос-секунду	мозг ×10⁶
Параметры	~10¹⁴ синапсов, аналоговые, каждый со своей динамикой	10¹¹-10¹² весов	сравнимо по порядку, некорректно по смыслу
Скорость	мс на операцию, 100 шагов на решение	нс на операцию, миллионы шагов	ИИ ×10⁶ на такт
Непрерывное обучение	учится всю жизнь без забывания старого	catastrophic forgetting: дообучил - сломал старое. Обучение и инференс разделены	мозг
Обобщение	один пример - понятие; здравый смысл, физика мира из опыта тела	тысячи примеров; интерполяция в данных; галлюцинации там, где данных нет	мозг
Что общего оказалось	иерархия признаков в зрении (V1 ≈ первые слои CNN, IT ≈ глубокие: активации предсказывают друг друга с r≈0.7); ошибка предсказания как сигнал обучения (дофамин ≈ TD-error); replay памяти (гиппокамп ≈ experience replay в DQN); внимание как выбор; языковые области предсказывают следующие слова так же, как GPT (Шримпф 2021)		оба

Итог: нейросети - не модель мозга, а инженерное решение, вдохновлённое им в 1943 (Маккалок-Питтс) и 1958 (перцептрон). Но они стали лучшим инструментом для изучения мозга: если сеть, обученная на задаче, воспроизводит активность нейронов - мы понимаем, какую задачу решает зона. Нейроморфное железо (спайки, локальное обучение) - попытка вернуться к оригиналу за энергоэффективностью.

Интерфейсы

Мозг-компьютер: что уже работает

Метод	Разрешение	Что даёт
ЭЭГ	см, мс; сглаженная сумма миллионов нейронов через череп	стадии сна, эпилепсия, P300-спеллеры (5-10 символов/мин), нейрогаджеты (в основном шум)
фМРТ	1-3 мм, 1-2 с; измеряет кровоток (BOLD), не нейроны	карты активности, декодирование увиденного изображения и услышанной речи из активности (2023, с диффузионными моделями - грубо, но узнаваемо)
ECoG	электроды на поверхности коры, мм, мс; инвазивно	декодирование речи из моторной коры: 78 слов/мин с ошибкой 25% у парализованной пациентки (UCSF 2023), синтез голоса
Микроэлектроды (Utah array, Neuralink N1)	отдельные нейроны, 100-1000 каналов	курсор и роботизированная рука мыслью (BrainGate с 2004); Neuralink: первый пациент январь 2024, играет в шахматы и Civilization; 90 символов/мин рукописный ввод (Stanford 2021)
Стимуляция	DBS - электрод в глубине; TMS - магнит снаружи; оптогенетика - свет + вирус (только животные)	DBS: Паркинсон (200 тыс. пациентов, тремор выключается кнопкой), ОКР, депрессия (экспериментально). TMS: одобрена при депрессии. Кохлеарные импланты - 1 млн человек слышат

Главное ограничение - не электроника, а биология: электроды зарастают глией за месяцы-годы (сигнал деградирует), 1000 каналов из 86 млрд - как слушать город через 1000 микрофонов. Neuralink потерял 85% нитей у первого пациента через месяц (отошли от ткани), софт скомпенсировал.
Чтение работает лучше записи. Декодировать намерение движения или речи - да. Записать знание или воспоминание - нет ни у кого и не предвидится: мы не знаем формат.
Пластичность - союзник: мозг подстраивается под любой стабильный интерфейс за недели. Кохлеарный имплант с 22 каналами вместо 16 000 - и речь понятна. Пациент BrainGate учится курсору как новой конечности.
Реалистичный горизонт 10 лет: речь и движение для парализованных на уровне «медленно, но полноценно»; зрительные протезы низкого разрешения; DBS с обратной связью для эпилепсии и депрессии. Нереалистичный: «загрузка знаний», телепатия, апгрейд памяти здоровым.

Глава 10

Поломки: что и как ломается

Инсульт убивает 2 миллиона нейронов в минуту. Альцгеймер начинается за 20 лет до первого симптома. Депрессия - не «мало серотонина». Каждая болезнь мозга - это лекция о том, как он устроен, прочитанная самым жестоким способом.

Поломки · обзор

Восемь главных поломок

Болезнь	Механизм	Масштаб	Что можно	Что понято про мозг
Инсульт	ишемический (85%): тромб перекрыл артерию, без O₂ нейроны гибнут за минуты, глутаматный шторм добивает соседей. Геморрагический: разрыв	12 млн в год в мире, №2 причина смерти, №1 инвалидности	тромболизис до 4.5 ч, тромбэктомия до 24 ч - «время = мозг», 1.9 млн нейронов в минуту. Реабилитация - пластичность соседних зон, окно 3-6 мес	локализация функций; пластичность взрослого
Альцгеймер	амилоидные бляшки снаружи + тау-клубки внутри нейронов → синапсы гибнут, начиная с энторинальной коры и гиппокампа. Процесс стартует за 15-20 лет до симптомов	55 млн с деменцией в мире, 60-70% - Альцгеймер; риск 1 из 10 после 65, 1 из 3 после 85	леканемаб/донанемаб (2023) убирают амилоид, замедляют на 27-35% на ранней стадии; профилактика: сон, давление, слух, движение, образование - до 40% случаев предотвратимы (Lancet 2020)	гиппокамп и память; глимфатика и сон
Паркинсон	гибель дофаминовых нейронов чёрной субстанции (к симптомам - уже 60-80%); альфа-синуклеин; начинается, вероятно, в кишечнике и обонянии за 10 лет	10 млн; после 60 - 1%	L-DOPA (эффект 5-10 лет), DBS, агонисты. Не лечится, замедляется физнагрузкой	базальные ганглии и запуск движения; дофамин
Эпилепсия	синхронный разряд большой группы нейронов - дисбаланс возбуждение/торможение (глутамат/ГАМК), рубец, каналопатия	50 млн; 1 из 26 за жизнь	препараты контролируют 70%; хирургия очага (H.M. - оттуда); кето-диета; DBS/VNS	почти вся карта коры - от стимуляции пациентов перед операцией (Пенфилд)
Депрессия	не «дефицит серотонина»; снижение нейропластичности (BDNF), гиперактивная амигдала и DMN, вялая префронтальная, воспаление, стресс-ось, уменьшение гиппокампа	280 млн; №1 причина нетрудоспособности	SSRI работают у 50-60% (плацебо 35-40%), эффект через 2-6 недель - вероятно, через пластичность, не серотонин; КПТ сравнима; кетамин - часы; ЭСТ 80%; псилоцибин в фазе III	пластичность как лечение; сети DMN
Шизофрения	избыток дофамина в стриатуме (позитивные симптомы), дефицит в префронтальной (негативные), сбой NMDA, избыточный прунинг синапсов в подростковом возрасте (C4 гены), 80% наследуемость	24 млн, 0.7%; дебют 18-25	антипсихотики (D2-блок) убирают галлюцинации, не когнитивный дефицит; KarXT (2024) - первый не-дофаминовый механизм за 70 лет	дофамин и значимость; прунинг
Мигрень	волна корковой депрессии (аура) + сенситизация тройничного нерва, CGRP	1 млрд, 15%, №2 по нетрудоспособности	триптаны, анти-CGRP антитела (2018) - профилактика у 50%	возбудимость коры
ЧМТ и хроническая травма	сдвиг мозга в черепе рвёт аксоны (диффузное аксональное); повторные сотрясения → CTE (тау), у 99% исследованных мозгов игроков NFL	69 млн ЧМТ в год	только защита и покой; лечения аксонов нет	белое вещество и связность

Поломки · что помогает

Что реально сохраняет мозг (с доказательствами)

Фактор	Эффект	Механизм
Аэробная нагрузка	−30% риск деменции; гиппокамп +2% объёма за год ходьбы (Эриксон 2011); лучшее из известного	BDNF, нейрогенез, кровоток, сон, инсулин
Сон 7-8 ч	<6 или >9 - риск деменции ×1.3-1.5	глимфатика, консолидация, амилоид
Давление <130	SPRINT-MIND: −19% лёгких когнитивных нарушений	микроинсульты, белое вещество
Слух (аппарат)	нелеченая тугоухость - самый большой модифицируемый риск деменции (8%); аппарат снижает риск почти до нормы	когнитивная нагрузка, социальная изоляция, атрофия слуховой коры
Образование и сложная работа	когнитивный резерв: те же бляшки - симптомы на 5-7 лет позже	избыточные связи компенсируют потери
Социальные связи	одиночество - риск ×1.5, сравнимо с курением	стресс, депрессия, стимуляция
Не курить, алкоголь <100 г/нед	алкоголь: нет безопасной дозы для мозга (UK Biobank 2022, объём падает от 1 дринка/день)	сосуды, токсичность, тиамин
Изучение нового (язык, инструмент)	эффект есть, но скромнее, чем у спорта; «тренажёры мозга» - нет переноса	пластичность требует новизны и сложности

Мифы, которые не подтвердились

«Используем 10% мозга» - используем весь, просто не одновременно; неактивные зоны отмирают
«Нейроны не восстанавливаются» - почти правда для коры, но синапсы и дендриты перестраиваются всю жизнь, а в гиппокампе есть нейрогенез
«Левополушарные / правополушарные люди» - нет такого (Nielsen 2013, 1000 мозгов)
«Стили обучения» (визуал/аудиал) - не влияют на результат ни в одном контролируемом исследовании
«Моцарт повышает IQ» - эффект 15 минут от любой приятной стимуляции
«Мозг закончил развиваться в 18» - префронтальная зреет до 25, миелинизация - до 40
«Ноотропы» - пирацетам и компания не имеют доказательств у здоровых; работают кофеин, сон и физнагрузка
«Многозадачность» - переключение, каждое стоит 20-40% эффективности; мозг не параллелит осознанные задачи

Итоги · карта

Весь мозг на одном слайде

Уровень	Что делает	Ключевое число	Главная уязвимость
Нейрон	суммирует входы, стреляет «всё или ничего» по аксону	−70 мВ покой, +40 пик, 2 мс, до 120 м/с	кислород: 10 с до потери сознания, 4-6 мин до смерти
Синапс	химическая передача, усиление/ослабление при обучении (LTP/LTD)	20 нм щель, 0.5 мс, 10¹⁴ штук	все психоактивные вещества бьют сюда
Медиаторы	глутамат вкл, ГАМК выкл, дофамин «хочу», серотонин настроение, норадреналин бдительность, ацетилхолин внимание/мышцы	~100 известных, 6 главных	баланс: ГАМК/глутамат → эпилепсия; дофамин → Паркинсон/психоз
Отделы	ствол - жизнь, мозжечок - координация, таламус - коммутатор, гипоталамус - тело, лимбика - эмоции и память, кора - остальное	кора 2500 см², 16 млрд нейронов, 6 слоёв	каждая зона - своя болезнь при поражении
Восприятие	предсказание сверху вниз, коррекция ошибкой снизу вверх	10 Мбит/с с сетчатки, 40-50 бит/с в сознание, лицо за 150 мс	иллюзии, галлюцинации - тот же механизм
Память	гиппокамп индексирует, кора хранит, сон переносит; вспомнить = переписать	рабочая 4 элемента; 50% забыто за час без повторения	гиппокамп: стресс, алкоголь, гипоксия, Альцгеймер - первым
Сон	промывка, консолидация, ослабление синапсов, эмоциональная перезагрузка	4-6 циклов по 90 мин; 7-9 ч; кофеин полувыведение 5-6 ч	хронический недосып: деменция, ИБС, метаболизм, +20% смертность
Эмоции и награда	амигдала - значимость за 12 мс; дофамин - ошибка предсказания; кортизол - мобилизация	зависимость = дофамин ×2-10 от нормы	хронический стресс сжимает гиппокамп и префронтальную
Сознание	интеграция и рекуррентность таламо-кортикальной системы; трудная проблема не решена	200-300 мс до осознания	анестезия выключает, и мы не знаем точно как

Три идеи под всей лекцией: мозг предсказывает, а не воспринимает; память - реконструкция, а не запись; пластичность - и механизм обучения, и механизм всех зависимостей, и единственный способ лечить. Плюс одна практическая: спорт, сон и давление делают для мозга больше, чем всё остальное вместе.

Финал

Полтора килограмма, которые читают этот слайд

Фотоны с экрана → 120 миллионов палочек → миллион аксонов → таламус → затылок → края, формы, буквы → височная доля → слова → смысл. 150 миллисекунд, 20 ватт. Потом гиппокамп поставит на это указатель, ночью прокрутит в 20 раз быстрее и перепишет в кору - и через год ты вспомнишь не этот слайд, а его пересказ, слегка отредактированный.

Мы знаем, как работает нейрон, до последнего иона. Мы примерно знаем, как работают зоны. Мы не знаем, почему всё это ощущается как «ты». Единственный объект во Вселенной, который пытается понять сам себя - и пока проигрывает.