Майкл Стивен Энтони Грациано (родился 22 мая 1967 года [1] ) — американский учёный и писатель , в настоящее время профессор психологии и нейронауки в Принстонском университете . [2] Его научные исследования сосредоточены на мозговой основе осознания. Он предложил теорию «схемы внимания» , объясняющую, как и для какого адаптивного преимущества мозг приписывает себе свойство осознания. [3] [4] Его предыдущие работы были сосредоточены на том, как кора головного мозга отслеживает пространство вокруг тела [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] и контролирует движение в этом пространстве. [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] В частности, он предположил, что классическая карта тела в моторной коре , гомункулус , неверна и лучше описывается как карта сложных действий, составляющих поведенческий репертуар. [20] Его публикации на эту тему оказали широкое влияние на нейробиологов , но также вызвали споры . [21] [22] [23] Его романы [24] [25] частично основаны на его опыте в психологии и известны своим сюрреализмом или магическим реализмом . [26] [27] [28] Грациано также сочиняет музыку, включая симфонии [29] и струнные квартеты. [30]
Биография
Грациано родился в Бриджпорте, Коннектикут, в 1967 году и провел детство в Буффало, штат Нью-Йорк. Он получил степень бакалавра искусств в Принстонском университете в 1989 году по специальности «Психология». Он учился в аспирантуре по нейронаукам в Массачусетском технологическом институте с 1989 по 1991 год, а затем вернулся в Принстонский университет, чтобы получить докторскую степень в 1996 году по нейронауке и психологии. Он остался в Принстонском университете в качестве постдокторанта, а затем в качестве профессора нейронауки и психологии.
Вклад в нейронауку
Грациано внес вклад в три области нейронауки: как нейроны в мозге приматов кодируют периперсональное пространство, как моторная кора контролирует сложные движения и возможная нейронная основа сознания. Эти вклады подробно описаны в следующих разделах.
Периперсональное пространство
В 1990-х годах Грациано с Чарльзом Гроссом описали свойства набора мультисенсорных нейронов в мозге обезьяны. Основываясь на работе Хайваринена и коллег [31] [32] и Риццолатти и коллег [33] [34], Грациано и Гросс описали сеть областей мозга, которые, по-видимому, кодируют пространство, непосредственно окружающее тело. [7] [8] [9] [10] [11]
Каждый мультисенсорный нейрон реагировал на прикосновение в пределах определенного «тактильного рецептивного поля» на поверхности тела. Каждый нейрон также реагировал на визуальный стимул вблизи или приближающийся к тактильному рецептивному полю. «Визуальное рецептивное поле» было, таким образом, областью близлежащего пространства, прикрепленной к соответствующей части тела. Некоторые нейроны реагировали на источники звука вблизи тактильного рецептивного поля. [7] Некоторые нейроны также реагировали мнемонически, становясь активными, когда часть тела перемещалась в пространстве и приближалась к запоминаемому местоположению объекта в темноте. [8] Таким образом, активность этих мультисенсорных нейронов сигнализировала о наличии объекта вблизи или касательно части тела, независимо от того, ощущался ли объект, виделся, слышался или вспоминался.
Электрическая стимуляция этих мультисенсорных нейронов почти всегда вызывала сложное, скоординированное движение, напоминающее вздрагивание, блокирование или защитное действие. [16] [17] [18] [19] Химическое торможение этих нейронов вызывало состояние «стальных нервов», в котором защитные реакции были подавлены. [16] Химическое усиление этих нейронов вызывало состояние «супервздрагивания», в котором любой слабый стимул, например, объект, осторожно перемещенный к лицу, вызывал полноценную реакцию вздрагивания. [16]
В интерпретации Грациано [35] эти мультисенсорные нейроны образуют специализированную сеть по всему мозгу, которая кодирует пространство около тела, вычисляет запас безопасности и помогает координировать движения по отношению к близлежащим объектам с акцентом на отход или блокирование движений. Незначительный уровень активации может смещать текущее поведение, чтобы избежать столкновения, тогда как сильный уровень активации, очевидно, вызывает явное защитное действие.
Нейроны, кодирующие периперсональное пространство, также могут обеспечивать нейронную основу для психологического феномена личного пространства. [35] Личное пространство, описанное Холлом, [36] представляет собой гибкий пузырь пространства вокруг каждого человека, который защищен от вторжения других людей.
Периперсональные нейроны также могут играть центральную роль в схеме тела [37], внутренне вычисляемой модели тела, существование которой впервые предположили Хэд и Холмс в 1911 году. [38]
Карта действий в двигательной коре
В 2000-х годах лаборатория Грациано получила доказательства, предполагающие, что моторная кора может не содержать простую карту мышц тела, как в классических описаниях, таких как описание Пенфилдом моторного гомункула. [39] Вместо этого моторная кора может содержать карту скоординированных, поведенчески полезных действий, которые составляют типичный двигательный репертуар.
В своих первых экспериментах Грациано и его коллеги использовали электрическую микростимуляцию двигательной коры обезьян. [15] [19] Большинство предыдущих протоколов в двигательной коре использовали очень кратковременную стимуляцию, например, в течение сотой доли секунды. Грациано применял стимуляцию в течение половины секунды каждый раз, в поведенчески релевантной временной шкале, чтобы соответствовать типичной продолжительности дотягивания и хватания обезьяны. Более длительная серия стимуляций в экспериментах Грациано вызывала сложные движения, которые включали множество суставов и напоминали движения из поведенческого репертуара животного.
Например, стимуляция одного участка всегда заставляла руку сжиматься в хватке, руку подносить руку ко рту и рот открывать. Стимуляция другого участка всегда заставляла хватку открываться, ладонь отворачиваться от тела и рука вытягиваться, как будто обезьяна тянется, чтобы схватить объект. Другие участки вызывали другие сложные движения. Поведенческий репертуар животного, казалось, отображался на корковом слое.
Эта первоначальная работа стала спорной из-за метода стимуляции в поведенческой временной шкале. Этот метод обычно не использовался при изучении моторной коры [40], хотя он использовался при изучении других областей мозга. [20] Это противоречие могло частично отвлечь от других методов, используемых для изучения карты действий. [20] Например, вычислительные модели [12] показывают, что когда сложный репертуар движений обезьяны организован в сплющенную карту, где похожие движения представлены рядом друг с другом, карта очень похожа на известную организацию моторной коры обезьяны.
В предложении Грациано многие сложности моторной коры, такие как ее перекрывающиеся карты тела и ее многочисленные области с несколько различными смесями свойств, могут быть результатом представления многих частей двигательного репертуара, каждая из которых имеет свои собственные специализированные вычислительные требования. Грациано [20] предполагает, что представление карты действий не противоречит более традиционному представлению о моторной коре как о наборе полей с различными функциями. Вместо этого карта действий может помочь объяснить, почему моторная кора разделена на функционально различные поля и почему поля расположены пространственно именно так.
Другие исследователи с тех пор обнаружили похожую этологическую организацию в двигательных корковых областях у обезьян, полуобезьян, кошек и крыс. [21] [22] [41] [42] [43] Тем не менее, прямые проверки идеи о том, что двигательная кора содержит репертуар движений, не подтвердили эту гипотезу. [23] Изменение начального положения передней конечности не изменяет мышечную синергию, вызванную микростимуляцией двигательной корковой точки. Следовательно, вызванные движения достигают почти той же конечной точки и позы, с изменчивостью. [23] Однако траектории движения довольно сильно различаются в зависимости от начального положения конечности и начального положения лапы. Вызванная траектория движения наиболее естественна, когда передняя конечность лежит подвешенной ~ перпендикулярно земле (т. е. в равновесии с силой тяжести). Из других исходных положений движения не кажутся естественными. Траектории лапы искривлены с изменениями и реверсиями направления, и пассивное влияние силы тяжести на движения очевидно. Эти наблюдения показывают, что в то время как выход кортикальной точки вызывает, казалось бы, скоординированное движение конечности из положения покоя, он не определяет конкретное направление движения или контролируемую траекторию из других исходных положений. Таким образом, в естественных условиях контролируемое движение должно зависеть от скоординированной активации множества кортикальных точек, заканчивающихся в конечном локусе двигательной кортикальной активности, которая удерживает конечность в пространственном положении. [23]
Основа сознания в мозге
С 2010 года лаборатория Грациано изучает мозговую основу сознания. Грациано [44] [45] предположил, что специализированный механизм в мозге вычисляет признак осознанности и приписывает его другим людям в социальном контексте. Тот же механизм, согласно этой гипотезе, также приписывает признак осознанности себе. Повреждение этого механизма нарушает собственное осознание.
Теория схемы внимания (AST) пытается объяснить, как машина по обработке информации может действовать так, как это делают люди, настаивая на том, что у нее есть сознание, описывая сознание так, как это делаем мы, и утверждая, что у нее есть внутренняя магия, которая выходит за рамки простой обработки информации, хотя это не так. В настоящее время AST внедряется в системы искусственного интеллекта в рамках работы международного проекта Astound.
Предложенная модель AST была частично мотивирована двумя наборами предыдущих результатов.
Во-первых, определенные области коры задействуются во время социального восприятия, когда люди создают модели сознания других людей. [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] Эти области включают, среди прочего, верхнюю височную борозду (ВБС) и височно-теменной узел (ВТШ) с двух сторон, но с сильным акцентом на правое полушарие.
Во-вторых, когда эти же области коры повреждены, люди страдают от катастрофического нарушения собственного осознания событий и объектов вокруг них. Клинический синдром полупространственного игнорирования или потери осознания одной стороны пространства особенно выражен после повреждения TPJ или STS в правом полушарии. [54] [55]
Объединение этих двух предыдущих открытий привело к предположению, что осознание может быть вычисляемой характеристикой, сконструированной экспертной системой в мозге, которая по крайней мере частично перекрывает TPJ и STS. В этом предложении характеристика осознания может быть приписана другим людям в контексте социального восприятия. Ее также можно приписать себе, фактически создавая собственную осознанность.
Зачем конструировать свойство осознанности и приписывать его другим людям? Чтобы понимать и предсказывать поведение других людей, полезно отслеживать состояние внимания других людей. Внимание — это метод обработки данных, с помощью которого некоторые сигналы в мозге усиливаются за счет других. Согласно AST, [45], когда мозг вычисляет, что человек X осознает вещь Y, он фактически моделирует состояние, в котором человек X применяет усиление внимания к сигналу Y. Осознание — это схема внимания. В этой теории тот же процесс можно применить к себе. Собственное осознание — это схематизированная модель собственного внимания.
Книги
Грациано пишет литературные романы под своим собственным именем и детские романы под псевдонимом BB Wurge. Заявленная им причина использования псевдонима — убедиться, что дети случайно не прочтут не ту категорию книг. [56] Его романы хвалят за их оригинальность, яркость и сюрреалистическое воображение. [26] [27] [28] Его книга для детей «Последняя тетрадь Леонардо» получила премию Moonbeam Award 2011.
^ Грациано, MSA; Кастнер, S (2011). «Человеческое сознание и его связь с социальной нейронаукой: новая гипотеза». Cognitive Neuroscience . 2 (2): 98–113. doi :10.1080/17588928.2011.565121. PMC 3223025 . PMID 22121395.
^ Афлало, TN; Грациано, MSA (2008). «Четырехмерное пространственное мышление у людей». Журнал экспериментальной психологии: восприятие и производительность человека . 34 (5): 1066–1077. CiteSeerX 10.1.1.505.5736 . doi :10.1037/0096-1523.34.5.1066. PMID 18823195.
^ Грациано, MSA; Кук, DF; Тейлор, CSR (2000). «Кодирование местоположения руки по зрению». Science . 290 (5497): 1782–1786. Bibcode :2000Sci...290.1782G. doi :10.1126/science.290.5497.1782. PMID 11099420. S2CID 13104435.
^ abc Грациано, MSA; Ху, XT; Гросс, CG (1997). «Кодирование местоположений объектов в темноте». Science . 277 (5323): 239–241. doi :10.1126/science.277.5323.239. PMID 9211852. S2CID 13648729.
^ ab Грациано, MSA; Ху, XT; Гросс, CG (1997). «Визуально-пространственные свойства вентральной премоторной коры». Журнал нейрофизиологии . 77 (5): 2268–2292. doi :10.1152/jn.1997.77.5.2268. PMID 9163357. S2CID 1730131.
^ ab Грациано, MSA; Яп, GS; Гросс, CG (1994). «Кодирование визуального пространства премоторными нейронами». Science . 266 (5187): 1054–1057. Bibcode :1994Sci...266.1054G. CiteSeerX 10.1.1.211.7236 . doi :10.1126/science.7973661. PMID 7973661.
^ ab Грациано, MSA; Гросс, CG (1993). «Бимодальная карта пространства: соматосенсорные рецептивные поля в скорлупе макаки с соответствующими визуальными рецептивными полями». Experimental Brain Research . 97 (1): 96–109. doi :10.1007/BF00228820. PMID 8131835. S2CID 9387557.
^ ab Graziano, MSA; Aflalo, TN (2007). «Картирование поведенческого репертуара на коре головного мозга». Neuron . 56 (2): 239–251. doi : 10.1016/j.neuron.2007.09.013 . PMID 17964243.
^ Афлало, TN; Грациано, MSA (2007). «Связь между свободным движением руки и активацией одного нейрона в моторной коре макаки». Журнал нейронауки . 27 (11): 2760–2780. doi :10.1523/JNEUROSCI.3147-06.2007. PMC 6672576. PMID 17360898 .
^ Грациано, MSA (2006). «Организация поведенческого репертуара в моторной коре». Annual Review of Neuroscience . 29 (1): 105–134. doi :10.1146/annurev.neuro.29.051605.112924. PMID 16776581. S2CID 7510738.
^ ab Graziano, MSA; Aflalo, TN; Cooke, DF (2005). «Движения рук, вызванные электрической стимуляцией в моторной коре головного мозга обезьян». Журнал нейрофизиологии . 94 (6): 4209–4223. doi :10.1152/jn.01303.2004. PMID 16120657. S2CID 9521256.
^ abcd Кук, ДФ; Грациано, МСА (2004). «Супер-дрожащие и стальные нервы: защитные движения, измененные химическим воздействием на двигательную область коры». Нейрон . 43 (4): 585–593. doi : 10.1016/j.neuron.2004.07.029 . PMID 15312656.
^ ab Cooke, DF; Graziano, MSA (2004). «Сенсомоторная интеграция в прецентральной извилине: полисенсорные нейроны и защитные движения». Журнал нейрофизиологии . 91 (4): 1648–1660. doi :10.1152/jn.00955.2003. PMID 14586035. S2CID 13627099.
^ ab Cooke, DF; Taylor, CSR; Moore, T; Graziano, MSA (2003). «Сложные движения, вызванные микростимуляцией области VIP». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (10): 6163–6168. doi : 10.1073/pnas.1031751100 . PMC 156343. PMID 12719522 .
^ abc Грациано, MSA; Тейлор, CSR; Мур, T (2002). «Сложные движения, вызванные микростимуляцией прецентральной коры». Neuron . 34 (5): 841–851. doi : 10.1016/S0896-6273(02)00698-0 . PMID 12062029.
^ ab Ethier, C; Brizzi, L; Darling, WG; Capaday, C (2006). «Линейное суммирование выходных сигналов моторной коры кошки». Journal of Neuroscience . 26 (20): 5574–5581. doi :10.1523/JNEUROSCI.5332-05.2006. PMC 6675291 . PMID 16707808.
^ ab Ramanathan, D; Conner, JM; Tuszynski, MH (2006). «Форма моторной кортикальной пластичности, которая коррелирует с восстановлением функции после черепно-мозговой травмы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (30): 11370–11375. Bibcode : 2006PNAS..10311370R. doi : 10.1073/pnas.0601065103 . PMC 1544093. PMID 16837575 .
^ abcd Capaday, Charles (2022-08-11). "Выходные сигналы моторной коры, вызванные длительной микростимуляцией, кодируют синергетические паттерны активации мышц, а не контролируемые траектории движения". Frontiers in Computational Neuroscience . 16 . doi : 10.3389/fncom.2022.851485 . ISSN 1662-5188. PMC 9434634 . PMID 36062251.
^ Грациано, MSA (2008). Песнь любви обезьяны. Leapfrog Press. ISBN9780981514802.
^ ab [1] Архивировано 2012-03-02 на Wayback Machine Geekscribe.com, рецензия на книгу от 18 октября 2009 г.
^ ab "рецензия на книгу от 14 сентября 2009 г.". Publishers Weekly . Архивировано из оригинала 29 октября 2013 г.
^ ab "рецензия на книгу от 3 декабря 2009 г.". Barnstable Patriot . 2009-12-03. Архивировано из оригинала 2015-10-16 . Получено 2010-01-04 .
^ Грациано, MSA (2011). Три современные симфонии и пять характерных набросков в полной партитуре . Teaticket, Массачусетс: Quercus Press. ISBN978-0982747018.
^ «Сенсорно-моторная лаборатория».
^ Hyvarinen, J. (1981). «Региональное распределение функций в теменной ассоциативной области 7 обезьяны». Brain Research . 206 (2): 287–303. doi :10.1016/0006-8993(81)90533-3. PMID 7214136. S2CID 53178684.
^ Hyvarinen, J; Poranen, A (1974). «Функция теменной ассоциативной области 7, выявленная с помощью клеточных разрядов у бодрствующих обезьян». Brain . 97 (4): 673–692. doi : 10.1093/brain/97.1.673 . PMID 4434188.
^ Риццолатти, Г.; Скандолара, К.; Мателли, М.; Джентилуччи, М. (1981). «Афферентные свойства периаркуатных нейронов у макак. II. Зрительные реакции». Behavioural Brain Research . 2 (2): 147–163. doi :10.1016/0166-4328(81)90053-X. PMID 7248055. S2CID 4028658.
^ Грациано, МСА; Ботвиник, ММ (2002). «Как мозг представляет тело: идеи нейрофизиологии и психологии».{{cite journal}}: Cite journal required |journal=( help ) В: Prinz, W; Hommel, B, ред. (2002). Common Mechanisms in Perception and Action . Attention and Performance. Оксфорд, Великобритания: Oxford University Press . стр. 136–157. ISBN 978-0198510697.
^ Хед, Х.; Холмс, Г. (1911). «Сенсорные нарушения от церебральных поражений». Мозг . 34 (2–3): 102–254. doi :10.1093/brain/34.2-3.102.
^ Пенфилд, В.; Болдри, Э. (1937). «Соматическое моторное и сенсорное представительство в коре головного мозга человека, изученное с помощью электрической стимуляции». Мозг . 60 (4): 389–443. doi :10.1093/brain/60.4.389.
^ Стрик, ПЛ (2002). «Стимулирующие исследования моторной коры». Nature Neuroscience . 5 (8): 714–715. doi :10.1038/nn0802-714. PMID 12149622. S2CID 6146202.
^ Stepniewska, I; Fang, PC; Kaas, JH (2005). «Микростимуляция выявляет специализированные подрегионы для различных сложных движений в задней теменной коре полуобезьян-галаго». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (13): 4878–4883. Bibcode : 2005PNAS..102.4878S. doi : 10.1073/pnas.0501048102 . PMC 555725. PMID 15772167 .
^ Гарбави, О.А.; Степневска, И.; Ци, Х.; Каас, Дж.Х. (2011). «Множественные теменно-лобные пути опосредуют хватание у макак». Журнал нейронауки . 31 (32): 11660–11677. doi :10.1523/JNEUROSCI.1777-11.2011. PMC 3166522. PMID 21832196 .
^ Haiss, F; Schwartz, C (2005). «Пространственная сегрегация различных режимов управления движением в представительстве вибрисс первичной моторной коры крысы». Журнал нейронауки . 25 (6): 1579–1587. doi : 10.1523 /JNEUROSCI.3760-04.2005. PMC 6726007. PMID 15703412.
^ ab Грациано, MSA; Кастнер, S (2011). «Человеческое сознание и его связь с социальной нейронаукой: новая гипотеза». Cog Neurosci . 2 (2): 98–113. doi :10.1080/17588928.2011.565121. PMC 3223025 . PMID 22121395.
^ Брюне, Э.; Сарфати, И.; Харди-Бейле, М.С.; Десети, Дж. (2000). «Исследование атрибуции намерений с помощью ПЭТ с помощью невербальной задачи». NeuroImage . 11 (2): 157–166. doi :10.1006/nimg.1999.0525. PMID 10679187. S2CID 11846982.
^ Ciaramidaro, A; Adenzato, M; Enrici, I; Erk, S; Pia, L; Bara, BG; Walter, H (2007). «Интенциональная сеть: как мозг считывает разновидности намерений». Neuropsychologia . 45 (13): 3105–3113. doi :10.1016/j.neuropsychologia.2007.05.011. PMID 17669444. S2CID 16379004.
^ Флетчер, ПК; Хаппе, Ф; Фрит, У; Бейкер, СК; Долан, Р. Дж.; Фраковяк, Р. С.; Фрит, К. Д. (1995). «Другие умы в мозге: функциональное исследование визуализации «теории разума» в понимании историй». Cognition . 57 (2): 109–128. doi :10.1016/0010-0277(95)00692-R. hdl : 21.11116/0000-0001-A1FA-F . PMID 8556839. S2CID 16321133.
^ Галлахер, HL; Хаппе, F; Брансуик, N; Флетчер, PC; Фрит, U; Фрит, CD (2000). «Чтение мыслей в мультфильмах и историях: исследование фМРТ «теории разума» в вербальных и невербальных задачах». Neuropsychologia . 38 (1): 11–21. doi :10.1016/S0028-3932(99)00053-6. PMID 10617288. S2CID 8933444.
^ Гоэль, В.; Графман, Дж.; Садато, Н.; Халлетт, М. (1995). «Моделирование других разумов». NeuroReport . 6 (13): 1741–1746. doi :10.1097/00001756-199509000-00009. PMID 8541472. S2CID 8560791.
^ Сакс, Р.; Канвишер, Н. (2003). «Люди, думающие о мыслящих людях: исследования теории разума с помощью фМРТ». NeuroImage . 19 (4): 1835–1842. doi :10.1016/S1053-8119(03)00230-1. PMID 12948738. S2CID 206118958.
^ Сакс, Р.; Векслер, А. (2005). «Осмысление чужого разума: роль правого височно-теменного соединения». Neuropsychologia . 43 (10): 1391–1399. doi :10.1016/j.neuropsychologia.2005.02.013. PMID 15936784. S2CID 2714027.
^ Vogeley, K; Bussfeld, P; Newen, A; Herrmann, S; Happé, F; Falkai, P; Maier, W; Shah, NJ; et al. (2001). «Чтение мыслей: нейронные механизмы теории разума и самоперспективы». NeuroImage . 14 (1 Pt 1): 170–81. doi :10.1006/nimg.2001.0789. PMID 11525326. S2CID 7053366.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Карнат, ХО; Фербер, С; Химмельбах, М (2001). «Пространственное восприятие — это функция височной, а не задней теменной доли». Nature . 411 (6840): 950–953. Bibcode :2001Natur.411..950K. doi :10.1038/35082075. PMID 11418859. S2CID 4312553.
^ Валлар, Г.; Перани, Д. (1986). «Анатомия одностороннего игнорирования после инсульта правого полушария. Исследование корреляции клинических данных и данных КТ у человека». Neuropsychologia . 24 (5): 609–622. doi :10.1016/0028-3932(86)90001-1. PMID 3785649. S2CID 40805768.
^ "Обзор книги". Princeton Packet . 25 ноября 2008 г.