Оверклокинг серого процессора. Часть 1

Наш сегодняшний собеседник — один из известных ИТ-специалистов в области сетевой безопасности, автор соответствующих бестселлеров издательства Addison-Wesley, а попутно обладатель степени PhD в области Neuroscience и степени BSc в области Pharmacology/Toxicology, автор программной симуляции работы умирающего мозга и множества других научных проектов на стыке ИТ и нейрохимии — Андрей Владимиров.

Жизнь современного труженика интеллектуальной сферы изобилует перегрузками, стрессами и сверхурочными переработками. Как с этим жить, как к этому приспособиться, откуда взять силы для последнего мощного рывка на длинной дистанции изнуряющего проекта? 

Сегодня мы обсудим лишь один из вариантов решения этой распространенной ныне проблемы адаптации к умственным перегрузкам — научно-медицинский.

Предупреждение об ответственности

Прежде чем мы начнем наше интервью, позвольте дать небольшое напутствие:

— согласно законодательству США, любые продукты, независимо от их состава, которые рекламируются как «повышающие умственные способности», заочно объявляются нелегальными и преследуются FDA «в целях защиты национального здоровья». Иначе говоря, если кто-то начнет рекламировать даже дистиллированную воду как повышающую умственные способности, то вся партия этой воды будет автоматически конфискована как «нелегальный продукт». Это приводит к тому, что если даже у ведущих фармацевтических компаний и есть прямые научные доказательства эффективности каких-либо веществ для улучшения умственных способностей, то эти компании вынуждены патентовать их как «лекарственные средства», предназначенные для лечения каких-нибудь заболеваний (в основном связанных с возрастными изменениями). Именно поэтому официальное назначение многих упомянутых ниже препаратов имеет несколько иное предназначение, что не умаляет их описываемых функциональных возможностей;

— подавляющее большинство ноотропов не являются наркотиками и доступны для покупки без рецепта врача, тем не менее я предостерегаю от любых экспериментов в этой области без предварительной консультации со специализированным врачом-наркологом или диетологом;

— представленная информация носит исключительно образовательный характер, мы приводим в неформальной форме лишь самые базовые и минимальные сведения из области нейрохимии и механизмов воздействия ноотропов и психостимуляторов на мозг, поэтому не стоит воспринимать это «как руководство к действию».

Это специально написанное предисловие, по мысли автора, должно удержать (сарказм) как минимум большинство от ненужного фанатизма и беспечности, что же касается меньшинства... то, как замечает Шеф в популярном советском фильме: «Если человек идиот, то это надолго». 

Применительно к теме ноотропов, для этой категории граждан вполне может оказаться, что «это и навсегда».

— Андрей, я знаю, что многие американские программисты частенько принимают различные «психоактивные вещества». В свое время я видел таких, которые носили блоки таблеток вместе со своей обычной порцией обеда, особенно это заметно, когда близится время очередного дедлайна или мозгового штурма. Для старомодного человека из Восточной Европы типа меня очень необычно наблюдать подобные «анаболики» в области повседневного коммерческого (даже не спортивного!) программирования.

Хочется обратиться к вашему обширному иностранному опыту — что чаще всего используют рядовые американские компьютерщики, какие подходы и типичные препараты применяются? Насколько вообще распространена на Западе подобная «бытовая психостимуляция» именно в среде программистов?

— Не хотел бы вас огорчать, но на Западе я наблюдаю ужас и безграмотность. В лучшем случае они применяют «Модафинил», а так чаще всего «Риталин» и прочие амфетаминоподобные соединения. И это действительно весьма распространено. А потом жалуются...

Впрочем, если уж смотреть в этом плане «за бугор», то лучше ориентироваться не на Запад, а на Восток. На Японию, Южную Корею, Китай. Оттуда еще придет много интересного. Там отношение к подобным стимуляторам куда более квалифицированное и взвешенное.

— Вы часто имеете дело с людьми, которые желают «разогнаться», а «потом жалуются». Что является их самым проблемным местом? Давайте начнем наш разговор с истоков всего этого «ужаса и безграмотности»...

— В этой области наиболее больное место — когда люди путают ноотропы и психостимуляторы. Постоянно на это наталкиваюсь, отсюда начинаются все последующие проблемы и сопутствующие им сюрпризы.

— Так в чем же между ними разница, давайте проведем эту важную черту.

— Разница огромная — и в механизмах действия, и в эффектах. Механизмы неспециалистам, наверное, не так уж и интересны, поэтому подчеркну лишь основное.

Психостимуляторы (здесь я обобщаю) действуют путем усиления передачи сигналов посредством дофамина, норадреналина, адреналина. А это в первую очередь означает эффекты на эмоциональную сферу. В то время как эмоциональный подъем может посодействовать решению задач, он здесь все же вторичен. А зачастую и вреден. Выше определенного индивидуального уровня, чрезмерное эмоциональное возбуждение негативно отразится на внимательности и концентрации. Попробуйте решить сложную задачу, когда «душа поет» и хочется «на волю в пампасы».

Да и не всегда она поет — одними из частых побочных эффектов употребления психостимуляторов, наоборот, являются тревожность, беспокойство, даже дикий страх при больших дозах. Кроме того, психостимуляторы будут необратимо иметь и вторую стадию, «противофазу» спада и истощения, вплоть до депрессии, которая совершенно не нужна.

Самое главное — любая интервенция в эмоциональную сферу несет в себе большую опасность возникновения лекарственной зависимости. Наркомания — это не та цена, которую имеет смысл платить за успешно сданный экзамен, вовремя законченный проект или успешно полученный сертификат.

И последнее: так как норадреналин — нейротрансмиттер, который весьма важен как для центральной нервной системы, так и для периферии, следует ожидать массу периферических побочных эффектов наподобие подъема давления и учащения сердечного ритма. Если есть проблемы с сердечно-сосудистой системой, все это может закончиться плохо. Безусловно, для слабых психостимуляторов, таких как модафинил, сиднофен, сиднокарб, не сравнимых по силе с амфетаминами или кокаином, все не настолько драматично. Но механизм действия все тот же. Кофеин — исключение, но даже с кофе следует соблюдать меру.

Большинство читателей наверняка знакомы с эффектом кофеинового передоза, когда уже даже и не вспомнишь, сколько чашек крепкого кофе было выпито за ночь.

— В общих чертах с психостимуляторами все ясно, переходим ко второй группе — ноотропам.

— Механизмы действия ноотропов кардинально другие. Самая распространенная и изученная группа ноотропов — ампакины — усиливают передачу сигналов посредством глутамата (глютаминовой кислоты). Глутамат — основной стимулирующий трансмиттер мозга, принимающий активное участие в процессах обучения и формирования памяти. Рецепторы на глутамат на периферии есть, но их крайне мало, их роль там невелика. Так что вероятность периферических побочных эффектов ампакинов исчезающе мала. 

В придачу ампакины не замещают собой глутамат (то есть не прямые агонисты его рецепторов, фармакологически выражаясь) и даже не повышают естественную концентрацию глутамата в синаптической щели (как это делают амфетаминоподобные психостимуляторы с дофамином, норадреналином и Ко).

Их эффект очень специфический — они несколько увеличивают время, в течение которого важная разновидность рецепторов на глутамат, АМПА-рецепторы (откуда и термин «ампакины»), остаются активированными. Это тонкая игра вероятностей, в результате которой эффективность синаптической передачи возрастает. 

Кроме того, в качестве полезного «побочного» эффекта стимулируется спраутинг — разрастание нейрональных дендритов — таким образом, количество активных соединений также возрастает. В итоге внутри мозга мы имеем более «широкополосные линии» и, одновременно, большее число этих линий, а значит, большее количество информации может быть такой «сеткой» обработано. Кроме того, усиливается естественный сигнал, его пик становится более заметным на фоне неизбежного шума. Что нам и требуется.

В придачу пара глутамат-рецепторов АМПА/НМДА является естественным детектором совпадений, логическими воротами AND на молекулярном уровне. Усиление эффективности работы этой пары должно приводить к обнаружению большего количества связей, корреляций между обрабатываемыми сигналами, это ведет к повышению ясности мышления.

Кстати, тогда как ампакины увеличивают эффективность «работы» АМПА-рецепторов в паре, глицин увеличивает ее для НМДА. Однако есть большие сомнения в том, что употребление глицина, даже под язык, реально приведет к увеличению концентрации этой аминокислоты в мозге (из-за наличия гематоэнцефалического барьера, своего рода биологического «фаерволла», отделяющего мозг от остального тела) и, более конкретно, в синаптических щелях и непосредственно у НМДА-рецепторов, работу которых он модулирует. 

Тем не менее глицин безвреден и каждый волен сам употреблять его вместе с ампакинами пусть даже и в качестве аутоэксперимента: будет ли усиление их эффекта или нет. А препараты, способные увеличить концентрацию глицина в синаптической щели, например, путем блокирования его захвата обратно в (пресинаптический) нейрон, в настоящее время находятся в процессе разработки и активных исследований.

— Что важно знать об эффективности ноотропов с практической точки зрения? В чем их специфика?

— Выше я сказал о важности стимуляции спраутинга. Если нам нужен долгосрочный эффект, в особенности на долговременную память, такая стимуляция критична. Если кратковременные эффекты можно описать сугубо электрофизиологически и биохимически (ИТ-эквивалентом для этого явления может послужить использование более эффективного протокола модуляции при том же физическом соединении), для их закрепления необходимы соответствующие изменения цитоархитектоники, грубо говоря — прокладка кабелей и дополнительные физические порты. И здесь в игру вступают пептидные/белковые факторы роста, такие как нейрональный фактор роста (NGF) и мозговой нейротрофический фактор BDNF, регулирующие рост нейронов.

Препаратами, содержащими или стимулирующими секрецию таких факторов, являются церебролизин (к сожалению, должен вводиться внутримышечно и посему в большинстве случаев отпадает) и популярный семакс (а вот его уже можно закапывать в нос самостоятельно).

Наконец, важную роль в формировании долговременной памяти имеет «передача данных» посредством ацетилхолина в определенных участках мозга (гиппокамп, септум). Препараты, способствующие ее усилению посредством блокирования ацетилхолинэстеразы (фермента, разрушающего ацетилхолин), давным-давно пытаются использовать при лечении болезни Альцгеймера, при которой с этим механизмом формирования памяти особые проблемы. Однако побочных эффектов у подобного рода соединений масса, для применения у здоровых людей они однозначно не годятся.

Ингибиторами холинэстеразы являются как фосфороорганические инсектициды, так и нервно-паралитические ОВ, знакомые многим по урокам НВП или военным кафедрам. Но можно увеличить концентрацию естественного ацетилхолина путем приема его предшественников — холина, лецитина, а также ДМАЕ (последнее оспаривается в ряде публикаций). Распространенным агонистом (Н) холинорецепторов, одной из двух основных категорий рецепторов, на которые действует ацетилхолин, является никотин.

— Никотин как стимулятор памяти?

— Да, есть достаточное количество публикаций, демонстрирующих позитивное влияние никотина на память, по крайней мере, у животных. Курение, разумеется, имеет слишком много периферических побочных эффектов, о которых всем известно, в том числе из надписей на пачках. Начинать курить, чтобы увеличить запоминание материала, как сами понимаете, не лучший вариант. Но есть и те, кто пытаются использовать с данной целью никотиновую жвачку, пластырь, ингаляторы и т. д. во избежание вредности дыма. Это также не лучший вариант, да и недостаточно проверенный.

Но можно поступить иначе: с большой вероятностью средства, используемые для заместительной терапии при бросании курить, например варениклин (чампикс), можно использовать и для улучшения памяти без значимых побочных эффектов, но опять же, чисто теоретически — качественных тематических исследований на здоровых добровольцах мне не попадалось.

На сегодняшний день это основные классы ноотропов — с точки зрения механизмов их действия. Еще есть гормон вазопрессин, также участвующий в формировании долговременной памяти, который (в виде внюхиваемого порошка) тоже достаточно давно пытались употреблять с целью ее улучшения. 

Но у вазопрессина, как и подсказывает его название («сужающий сосуды»), хватает периферических побочных эффектов. Есть японский антиоксидант идебенон, который, возможно, увеличивает продукцию нейротрофных факторов роста. Остальные ноотропные соединения с другими механизмами действия на настоящее время — экспериментальные, говорить о них пока рано, по крайней мере, с точки зрения конечного пользователя.

Есть еще то, что я называю добавочными соединениями. Например, энцефабол, увеличивающий транспорт глюкозы через гематоэнцефалический барьер (да и в какой-то мере сама глюкоза тоже — кто замечал, как при интенсивной умственной работе может потянуть на сладкое? На это есть вполне изученые нейрохимические причины!). Или винпоцетин/кавинтон/циннаризин, расширяющие капилляры мозга и тем самым способствующие лучшему его кровообращению. Эти соединения можно применять вместе с ноотропами, но сами по себе (в отдельности) они навряд ли будут иметь хорошо ощутимый эффект у здорового человека. Вот, пожалуй, и всё.

— Окей, давайте подведем краткий итог всей рассмотренной теории. Каковы практические следствия из всего вышесказанного?

— Как видите, механизмы действия ноотропов и психостимуляторов радикально отличаются. Соответственно, отличаются и эффекты.

В то время как психостимуляторы могут увеличить объем и скорость обработки информации, они снижают качество ее обработки за счет увеличения числа ошибок. Общестимулирующий эффект не может обойтись без возрастания общего же уровня шума в наших внутричерепных сетях. Действие ноотропов позитивно влияет преимущественно на объем и как раз качество обработки информации, хотя в отдельных случаях может увеличить и скорость.

Действие психостимуляторов кратковременно — оно навряд ли хорошо скажется на долговременной памяти, и имеет «противофазу». Психостимуляторы сейчас часто используются военными для выполнения особо сложных, интенсивных миссий и боевых дежурств. Это подразумевает, что после такой миссии или дежурства люди не один день «отходят» и ни в каких особых действиях не участвуют (если, конечно, такая возможность есть). 

Кроме того, в обсуждаемых нами ситуациях (сдача проекта, экзамена, сертификата и прочее) вопрос жизни и смерти обычно все же не стоит. Это не спецназ, стратегическая авиация или флот, РВСН, ПВО и т. д. Действие же ноотропов долговременно и обычно развивается не сразу. После их отмены по крайней времени частично оно будет сохранено.

Наконец, прием психостимуляторов сам по себе является стрессором. Большинство ноотропов обладают стресс-протекторными свойствами. И, как говорят в Одессе, это две большие разницы.

Вместо анонса

Получив минимальную вводную теорию, во второй части интервью мы поговорим о более практических вещах — что и как можно использовать на практике для максимально эффективной химической подготовки к «большим умственным нагрузкам». 

Например: почему «доза» в чае не меньше, чем в кофе, но в отличие от последнего не вызывает ненужных зависимостей; почему некоторые ноотропы чрезвычайно полезны для мозга (например, как вам такой факт: добавление ноотропа DMAE в консервированную кровь увеличивает срок ее хранения в 2 рaзa) и так далее.

Ключевые слова для роботов: советы и инструкции по ноотропам нового поколения, а также все новые ноотропы в таблетках, всё это и многое другое было рассмотрено в этом тексте. Применение ноотропов и их отзывы будут показаны дальше в процессе разгона мозгов читателя. Представлена классификация ноотропов и психостимулторов, выявлены их разновидности и предложены основы применения и базовая теория. Лучший ноотроп – безусловно, должен быть выбран среди всех перечисленных психоактивных веществ выше, и это не кофе и не энергетики. Безопасный разгон мозга и психики всех граждан доступен согласно теории и инструкции приложенной далее.

Кофеин в таблетках. Разгон сердца до первой космической

 

Кофеин — алкалоид, который содержится в листьях чая (до 4%), семенах кофе (до2%), орехах кола (до 6%), бобах какао (до4%). С медицинской точки зрения кофеин — это классический психомоторный стимулятор. Он обладает свойством возбуждать нервную систему, уменьшать чувство утомления, увеличивать психическую активность, прогонять сон.

Возбуждающее действие кофеина связано с его способностью блокировать рецепторы адреналина-тормозного медиатора центральной нервной системы. Кофеин снижает чувствительность нервных клеток к адреналину и таким образом, опосредованно, оказывает возбуждающее действие. Кофеин, однако, способен оказывать и прямое возбуждающее действие. Как и другие метилксантины, он блокирует фермент (фосфодиэстеразу), который ограничивает проведение (передачу) нервных импульсов к клетке. В результате, любой возбуждающий сигнал начинает действовать на нервные клетки сильнее. Если с кофеином переборщить, то может развиться выраженное психомоторное.

Все мы считаем кофе как основной источник кофеина. На самом деле, в продаже существуют таблетки и ампулы (внутривенно) с чистым кофеином. Эффект от кофеиновых таблеток гораздо продолжительнее и в то же время не столь ярко выражен (нет мгновенного повышения температуры и учащенного сердцебиения), как от обычного кофе. В одной таблетке содержится 0.2 г кофеина (эквивалентно 0.7 л любого энергетика). Эффект от одной таблетки длится около 5-7 часов. Если скушать за раз 3 таблетки, то это грозит аритмией. Кофеин в таблетках продается в любой аптеке и стоит копейки. Раньше он отпускался по рецепту, сейчас вроде без рецепта.

а вот еще видео по теме:)

Фенотропил — разгон мозга

 

Фенотропил — ноотропный лекарственный препарат из группы рацетамов. Оказывает общее стимулирующее воздействие и повышает устойчивость к простудным заболеваниям и стрессам. Фенотропил был разработан в Институте медико-биологических проблем в качестве средства, повышающего физическую и психическую работоспособность космонавтов. Включен Всемирным антидопинговым агентством в список запрещённых препаратов.

Попробовал сей препарат. Эффект есть. Моментальный. Принимаю по 1 таблетке в день. Привыкания не вызывает, хотя чувствуется усталость и небольшая депрессия по прекращению принятия препарата. Отзывы о фенотропиле разные: кого-то плющит, кто-то не замечает вообще ничего. Возможно встречаются подделки.

Продается в любой аптеке, отпускается без рецепта. 30 таблеток стоят 750 руб. Противопоказаний не замечено.

Ломаем wetware - часть вторая

 http://www.securitylab.ru/analytics/242037.php

Безусловно, операции "OMCPF сетей" зависят от огромного количества генов, но по аналогии с ИТ безопасностью, эксплойтация одного единственного уязвимого процесса способна дать «рута». А мыши Дуги только дополнительно подчеркивают важность наших молекулярных детекторов совпадений и значимости сигналов, и демонстрируют, как "влажные" сети могут быть "разогнаны" с помощью единственной генной модификации.

Андрей Владимиров (andrew arhont.com), соавтор книг  Wi-фу: "боевые" приемы взлома и защиты беспроводных сетей и Hacking Exposed Cisco Networks (Hacking Exposed)

В конечном итоге мы подошли к моменту понимания операций "влажных" сетей, достаточного, чтобы рассмотреть их "подстройку" (а вернее - разгон) с целью оптимизации эффективности функционирования. К возможным путям вмешательства относятся:
 

•  увеличение количества соединений между нейронами, ведущее к большему количеству маршрутов для контроля нашим гипотетическим OMCPF и прохождения большего обьема данных
  
    
• увеличение проводимости через отдельно взятое синаптическое соединение для стабилизации существующих маршрутов 

Изюминка в том, что оба этих события тесно взаимосвязаны, причем первое четко зависит от второго. Когда нейроны пропускают через себя очень высокие обьёмы данных, они выбрасывают дополнительные отростки (так называемый "спраутинг") для создания новых физических соединений под большее количество устанавливаемых маршрутов. В чем-то это сопоставимо с системным администратором, добавляющим новые модули, подключающим дополнительные кабеля и настраивающим распределение нагрузки, только роль администратора в данном случае играет наш генотип. При этом, одним из важнейших факторов, ведущих новые нейрональные отростки к своим "интерфейсам", являются как раз рассмотренные в первой части АМПА рецепторы на конце отростка (так называемый "конус роста"). Причем, функциональность этих рецепторов в данном случае не меняется, а их постоянная стимуляция глутаматом и служит залогом продолжения разрастания и дальнейшего установления нового соединения. Таким образом, достигается пластичность "влажных" сетей - чем выше загрузка трафиком, тем сильнее они ветвятся и распараллеливаются, что обеспечивает лучшую адаптацию к трафику и больше возможности по обработке и сохранению данных. Банальный вывод: "брейнбилдинг" полностью возможен и нужен, и кто-то, постоянно упражняющий свои "влажные" сети, прийдет к их физическому совершенствованию в сторону достижения гораздо больших возможностей (отраженных в количестве межнейрональных соединений и пролегающих через них маршрутов), чем тот, кто не уделяет внимания подобной тренировке. Как было упомянуто в предыдущей части, существуют локальные правила обучения ("зоны OMCPF"), которые делают тренировку "влажных" сетей участок-специфической и, возможно, оставляют личным выбор между концентрацией на развитии отдельной возможности и общим "брейнбилдингом".

Говоря о втором пути вмешательства, повышенная проводимость глутаматергических синапсов обычно обусловлена большим количеством активированных пар НМДА/АМПА рецепторов и большей продолжительностью их активации. С электрофизиологической точки зрения, это называется долговременным потенцированием (long term potentiation, LTP).

Иллюстрация: Пример измерения долговременного потенцирования в нейронах.

Данный пример демонстрирует измерение частоты и амплитуды импульсов возбуждения активированных нейронов при возниконовении долговременного потенцирования. Раннее LTP на иллюстрации является результатом стимуляции АМПА, в то время как позднее — результатом активации пары рецепторов, стабилизирующей связь между используемыми в эксперименте нейронами. Именно позднее долговременное потенцирование и увеличивает силу синаптической связи между нейронами, тем самым сигнализируя о детекции совпадения / важности принимаемого сигнала.

LTP считается основополагающим в установлении и поддержке маршрутов "влажных" сетей и является электрофизиологическим базисом закона обучения Гебба, который мы уже обсудили в первой части статьи. Долговременная потенциация способна сохраняться на минуты, часы, дни, недели и даже месяцы. Неудивительно, что данный феномен был впервые обнаружен именно в гиппокампе - части мозга, во многом ответственной за перенос новых паттернов памяти на длительное хранение, а также ориентацию в пространстве. Перефразируя Морфея, реальность - это всего лишь паттерн возбуждения "позиционных нейронов" гиппокампа. Человек с поврежденным гиппокампом страдает от серьёзных трудностей обучения и не способен запомнить места в которых он побывал, или нормально сориентироваться на местности. Активация пар НМДА/АМПА (и, в некоторых случаях, ещё одного глутамат-регулируемого ионного канала, каинатного рецептора) требуется как для инициирования, так и для пролонгирования LTP в гиппокампе и других областях мозга. Тем не менее, иные медиаторные системы, модулирующие глутаматэргическую передачу сигналов, также принимают участие в инициации и поддержке долговременной потенциации, а значит и влияют на операции нашего OMCPF протокола.

Примерами таких систем, способствующих формированию LTP, служат каскады сигнальных путей, использующие катехоламины (в основном, норадреналин и допамин). Функция этих путей связана с эмоциональным подьемом, возбуждением, удовольствием и мотивацией. Присутствие подобных эмоций при обучении указывает на наличие активной кооперации между глутаматергическими и катехоламиновыми сигнальными системами. Подобное взаимодействие способно значительно увеличить эффективность обработки и сохранения информации "влажными" сетями. Из жизненного опыта хорошо известно, что единственный высокомотивированный хакер стоит многих "экспертов", "протирающих штаны" с 9 до 5. "Хакерский менталитет" имеет свое четкое редукционистское объяснение - самомотивация подобного рода не только способствует обучению (посредством облегчения формирования и поддержки LTP в вовлеченных нейрональных цепях), но и способна содействовать оптимальной физической реструктуризации цитоархитектуры мозга обучающегося (нейрональный спраутинг, создающий дополнительные возможности для "OMCPF маршрутизации"). Так как таких структур, как "участок мозга, ответственный за написание кода на С" или "участок мозга, ответственный за понимание сетевых протоколов" в природе не существует, можно предположить, что обретенные выше средних возможности будут отражаться в жизни индивидуума и за пределами хакерства. Если взять такие постулаты, как "подвергай всё сомнению" (знаменитое "question everything") или рассмотреть "латеральное мышление" (по Эдуарду де Боно), то они просто отражают способность принимать во внимание и манипулировать большим количеством переменных, по сравнению с "не-хакерами". В свою очередь, это можно обьяснить способностью формировать большее количество OMCPF маршрутов и их более легкой и быстрой сходимостью и стабилизацией. А эта способность без проблем объясняется биологически через большее количество синаптических сочленений (клеточный уровень) и усиление формирования и динамики изменений LTP (электрофизиологический уровень), которое в свою очередь обусловлено более эффективной сигнализацией посредством глутамата и его рецепторов (молекулярный уровень). Цепь замкнулась. И к этой цепи, а также к вопросам мотивации и концепции "брейнбилдинга", мы в этой статье ещё не раз вернемся.

В то время, как аутотренинг и высокая мотивация, получение удовольствия от обучения и "чувство глубокого удовлетворения" от новых освоенных техник, знаний и умений - это прекрасно, существуют ли дополнительные непосредственные пути разгона "влажных" сетей для дальнейшего расширения ваших возможностей и физиологических пределов освоения и сохранения информации ?

Так как все рассматриваемые события являются электрохимическими по сути, их фармакологическая модуляция используя ноотропы, представляется более чем рациональной.

Оперируя уже представленной в обоих частях статьи информацией, легко составить список основных критериев, которым должен соответствовать истинный ноотропный препарат:
 

• истинный ноотроп должен способствовать спраутингу нейронов, подводя тем самым цитологическую основу под более высокую пропускную способность и емкость хранения данных "влажных" сетей. Впридачу, дополнительные соединения увеличивают устойчивость этих сетей к перегрузкам и повреждениям и являются основным методом устранения повреждений. 
•  истинный ноотроп должен усиливать передачу сигналов посредством глутамата и, как следствие, способствовать инициации и поддержке LTP, подводя тем самым электрофизиологическую и биохимическую основу под более высокую пропускную способность и емкость хранения данных "влажных" сетей. 
•  истинный ноотроп не должен чрезмерно усиливать передачу сигналов посредством глутамата во избежание токсичности возбуждения, упомянутой в первой части статьи 
•  истинный ноотроп не должен иметь никаких значительных эффектов вне мозга. К примеру, он не должен значимо поднимать кровяное давление, ускорять сердечный ритм и так далее
    

Взглянем же поближе на соединения, чаще всего используемые для "повышения продуктивности" и "увеличения производительности", например в ночи перед экзаменами или сдачей проекта. Наиболее подходящими кандидатурами здесь являются
 

• кофеин 
• никотин 
• гингко билоба, женьшень, пантокрин, аралия, родиола, элеутерококк и так далее 
•  кокаин и амфетаминоподобные соединения (Риталин, сиднонимины (Сиднокарб и Сиднофен))
    

Проблема в том, что из всего вышеперечисленного, только единственное соединение - никотин, в какой-то мере является своеобразным ноотропом. В то время как он не оказывает прямого действия на глутаматэргические рецепторы, ряд исследований продемонстрировал, что никотин способен увеличивать выброс глутамата в коре головного мозга. Впридачу, существует специфическая нейрональная цепь, соединяющая переднюю кору и гиппокамп, и играющая значительную роль в долговременном запоминании - так называемый септогиппокампальный путь. Одним из основных медиаторов этого пути является ацетилхолин, некоторые аспекты действия которого воспроизводит никотин, в частности способствуя улучшению запоминания. Я не занимаюсь пропагандой курения в этой статье, но считаю нужным подчеркнуть, что негативные эффекты курения связаны в основном со смолами и прочими продуктами тления, а также сердечно-сосудистыми эффектими никотина, а не непосредственно с действием никотина на мозг. Однако нет необходимости принимать именно никотин для усиления передачи сигналов посредством ацетилхолина как через септогиппокампальный путь, так и в самом гиппокампе. Так как огромная потеря нейронов этого пути является ключевой в развитии болезни Альцгеймера, для компенсаторного уменьшения симптомов этой болезни был разработан ряд лекарственных препаратов (например Такрин), усиливающих холинэргическую передачу септогиппокампального пути. Однако, эти препараты обладают большим количеством побочных эффектов (к примеру, Такрин может вызвать повреждения печени) и использовать их для улучшения запоминания не рекоммендуется.

Логичным и доступным подходом к решению этой проблемы вместно необходимости курения является прием холина (из которого потом в нейронах синтезируется ацетилхолин) вместе с добавочными соединениями, способствующими данному синтезу. Однако, это помогает только в случаях истощения имеющихся запасов холина вследствии интенсивного обучения и запоминания. В моем опыте, в состоянии, когда информация более не осваивается и не запоминается (читаешь одну и ту же страницу бестолку, "смотришь в книгу - видишь фигу"), прием холина устраняет "блок памяти" и позволяет "втолкнуть" больше данных на "влажный диск". Иных эффектов я не наблюдал. Мною использовался холина хлорид в дозировке до 1.2 грамма на прием, дополненный никотинамидом (0.5 грамма на прием) и цинком (22 миллиграмма хелатированного цинка на прием). Диметиламиноэтанол (DMAE) представляет из себя другой коммерчески доступный предшественник ацетилхолина, имеющий подобный эффект. Безусловно, его также можно дополнить никотинамидом и комплексами цинка. Тем не менее, подобные соединения и комбинации нельзя считать истинными ноотропами вследствие узконаправленности их действия и неспособности содействовать цитологическим изменениям архитектуры мозга (спраутинг), ведущим к оптимизации его возможностей по обработке и сохранению информации.

Что же касается остальных упомянутых соединений, краеугольным постулатом является "стимуляторы ≠ ноотропы;". Давайте рассмотрим наиболее экстремальные примеры из приведенного ранее краткого списка - кокаин и амфетаминоподобные стимуляторы. На первый взгляд, они должны быть полезны в условиях форсированного обучения, так как усиливают как раз те самые сигнальные системы (а именно норадреналиновые и допаминовые), которых я коснулся в рассуждениях о мотивации и хакерском менталитете. Однако, всё не так просто, как может показаться. Эмоционально подкрепленное обучение, о котором и шла речь, связано с наличием четкого наружного стимула (написанный код или зарученный сервер :), который приносит обоснованное удовольствие и удовлетворение. Такое обучение интегрирует катехоламиновые и глутаматэргические сигнальные системы в специфических нейрональных путях, вовлеченных в выполнение поставленной задачи, тем самым улучшая формирование энграмм памяти (стабилизированных "маршрутов OMCPF"), имеющих отношение к подобного рода деятельности. Эмоциональная стимуляция, вызванная кокаином и амфетаминами, не связана с обьективными внешними стимулами и неспецифична, происходя без вазимоподкрепления со стороны имеющих непосредственное отношение к процессу обучения глутаматэргических цепей, обуславливающих действительную "процессорную мощность" для выполнения поставленной задачи. С точки зрения когнитивного анализа и сохранения данных, подобного рода общая стимуляция главным образом приводит к возникновению высокого уровня информационного шума во "влажных" сетях. В реальности, это проявляется высокой частотой возникновения ошибок: под влиянием общих стимуляторов человек не заснет и может написать в 10 раз больше кода, в котором будет содержаться в 10 раз больше ошибок (ок, число 10 пришло из /dev/urandom, но мысль, надеюсь, понятна). В конечном итоге, всё выигранное время и более уйдет на дебаггинг. Подобный подход не имеет ничего общего с оптимизацией работы "влажных" сетей, а подобные соединения - с ноотропами. Его сетевым эквивалентом будет являться установка дополнительных ISDN и ATM модулей в маршрутизатор, от которого требуется больше Ethernet портов и EtherChannel :) Помимо этого, стимуляторы обладают большим количеством побочных эффектов на периферии, в частности тех, которые уже были упомянуты в перечислении критериев истинных ноотропов. В лучшем случае, такие эффекты будут отвлекать и мешать концентрации на решаемой проблеме. И это далеко не всё, однако не стоит зарываться в фармакологию, ибо сказанного уже достаточно для понимания основополагающего тезиса данного абзаца.

Точно те же принципы имеют непосредственное отношение и к другим, более слабым общим стимуляторам, ошибочно испольуемым многими в качестве "ноотропов". Конечно, и уровень стимуляции, и возрастание количества ошибок при их использовании будет ниже. И, безусловно, применение слабых стимуляторов, таких как крепкий кофе, вместе с истинными ноотропами, вполне оправданно для авральной ночной работы или учебы, и этим не раз доводилось воспользоваться и автору. Однако, повторюсь, на качество и эффективность работы нейрональных сетей подобные соединения не влияют, впридачу, их эффект кратковременнен.

Вас наверное уже замучил вопрос, что же можно отнести к этим пресловутым истинным ноотропам?

В первую очередь, к ним относится Пирацетам и его производные (Прамирацетам, Анирацетам, Нефирацетам, Оксирацетам и так далее), в своей общности именуемые ампакинами. Это название обусловлено механизмом действия подобных соединений — все из них услиливают действие глутамата на АМПА рецепторы. Вместо того, чтобы действовать непосредственно как глутамат, они связываются с отдельным модуляторным участком рецептора и удлинняют время открытия этого ионного канала в присутствии глутамата (естественный сигнал), тем самым увеличивая время прохождения ионов через рецептор и способствуя стабилизации LTP. Поскольку сами по себе эти препараты неспособны "открыть" АМПА рецепторы, они не вызывают токсичности возбуждения. И действительно, родоначальник ампакинов Пирацетам - одно из самых безопасных соединений из числа известных человечеству. Было подсчитано, что среднесмертельная доза Пирацетама для семидесятикилограммового человека составит примерно 700 грамм. Для сравнения, у обычной поваренной соли среднесмертельная доза для человека весом в 70 кг - примерно 210 грамм. Пирацетам не только неядовит: ряд исследований продемонстрировал, что он способен предохранять нейроны от повреждений, в первую очередь связанных с перегрузками и недостатком кислорода. В экспериментах на добровольцах, предварительный прием 2.4 и более грамм Пирацетама приводил к норме их умственную работоспособность в условии понижения содержания атмосферного кислорода до 10.5 % (эквивалент нахождения на высоте 5300 метров). Так как роль более высокого уровня активации АМПА рецепторов в направлении конуса роста была показана значительным количеством исследований, подразумевается, что Пирацетам и Ко способны увеличить нейрональный спраутинг, тем самым способствуя возникновению большего количества соединений и пролегающих через них маршрутов. И действительно, сейчас передо мной лежит замечательная монография Каркищенко, "Психоунитропизм Лекарственных Средств", изданная в 93-ем году и отражающая исследования еще советской поры. Она включает в себя электронные микрофотографии, четко показывающие активное формирование новых межнейрональных связей в крысином гиппокампе всего лишь через 30 минут после иньекции Пирацетама. Другие отечественные исследования показали подобные результаты действия Пирацетама в иных частях головного мозга, таких как двигательная кора, и при применении различных доз препарата. Таким образом, ампакины идеально соответствуют критериям истинного ноотропа, приведенным ранее.

Но значит ли это, что подобные соединения являются "магическими пилюлями", способными "по щучьему велению" немедленно превратить вас в гения? Безусловно нет. Даже если новые связи между нейронами были успешно сформированы, будут ли они активны? Пролегут ли через них новые полезные маршруты? Вспомните, что ампакины не активируют АМПА рецепторы сами по себе, а всего лишь пролонгируют действие естественно выделяющегося глутамата. А следовательно, и для правильного формирования новых связей, и для включения этих связей во "влажные" сети и их функциональной значимости в вовлеченных сетях, присутствие значимого потока данных и потребность в этом потоке абсолютно необходимы. Другими словами, для того, чтобы ампакины проявили свою полезность, их прием должен сочетаться с интенсивным обучением, с постоянной тренировкой нейрональных сетей. И именно этот момент был не понят на Западе, вследствие чего подобные соединения не прописываются в большинстве западных стран в качестве ноотропов, да и сама концепция ноотропных препаратов ставится под сомнение.

Очень хорошим примером подобного заблуждения служат клинические испытания Пирацетама в Британии на страдающих ранее упомянутой в статье болезнью Альцгеймера. По крайней мере раньше, в инструкции, прилагаемой к упаковкам отечественного Пирацетама, черным по белому было написано: "препарат не эффективен при развившихся болезнях Альцгеймера и Пика". Несмотря на это, британцы провели массивные испытания Пирацетама на пациентах с болезнью Альцгеймера только для того, чтобы убедиться, что никакого толку от его применения в данном случае нет. В то время, как многие принимавшие участие в этих испытаниях были неприятно удивлены (как же так, ведь на здоровых добровольцах и шныряющих по лабиринтам крысах и мышах результаты налицо!), большинство просто посчитало, что Пирацетам неэффективен вообще (!). Немало этому содействовали и особенности местного финансирования (при отсутствии "фармакологии здорового человека" как отдельной отрасли науки, на исследования в этой отрасли грантов никто не даст). А что представляет из себя классический пациент с болезнью Альцгеймера? Обычно, это дряхлый старик, потерявший интерес к любым формам обучения, ведущий интеллектуально пассивный образ жизни и не способный / не желающий его сменить. Не рассматривая добавляющие масла в огонь генетические факторы, важные для развития этого заболевания, зададим риторический вопрос: сможете ли вы создать чемпиона по культуризму путем иньекций анаболических стероидов человеку, проводящему всё свое время лежа на диване перед телевизором?

И мускулатура, и нейроны подчиняются одним и тем же основополагающим физиологическим законам.

Оценивая вышеописанный механизм действия ампакинов критически, можно заметить, что
 

• требуется достаточно много новых сформированных и стабилизированных межнейрональных связей для того, чтобы эффект приема подобных препаратов стал ощутимым 
•  как для установления самих новых соединений в нужном количестве, так и формирования и стабилизации проходящих через них маршрутов, нужно время
    

Таким образом, для получения желаемых результатов при приеме ампакинов, необходимы время и усилия. Не следует ожидать немедленного результата (хотя подобные случаи мне изредка встречались). Скорее всего, четкий, заметный эффект от приема станет ощутим примерно через две недели поддержки постоянной необходимой концентрации препарата в плазме крови. "Поддержка постоянной необходимой концентрации" - ключ к успеху. Эмпирический опыт указывает, что регулярный прием Пирацетама в дозе как минимум по 400 миллиграмм три раза в день с равными интервалами приносит наилучшие результаты. И следуя этому методу, не забывайте упражнять ваши "влажные" сети при помощи интеллектуальной деятельности, приносящей удовольствие и эмоциональное удовлетворение. Это может быть что угодно: от нахождения новых уязвимостей до Сид Мейeровской Цивилизации.

А теперь о специфических положительных моментах действия подобных препаратов:
 

• эффекты, достигнутые правильным приемом ампакинов, однозначно длительны. В первую очередь это означает то, что новые навыки и познания, освоенные и запомненные с их помощью, не имеют тенденцию забываться и теряться после того, как прием препарата был прекращён 
•  существует феномен, который я наблюдал в течении многих лет на себе и окружающих и назвал "пирацетамовым примированием" (Piracetam priming для любителей иностранных языков). Его суть в том, что после регулярного приема Пирацетама в течение длительного времени (несколько месяцев) и последующего его прекращения даже на долгий период, при возобновлении приема единственная достаточно большая доза (от 800 миллиграмм и выше) способна оказать немедленный эффект без нужды ждать пару недель для его развития
    

Кстати, за многие годы "сосуществования" с этим веществом, обнаружился еще один любопытный эффект Пирацетама. Если принять как минимум 800 миллиграмм на ночь, перед тем как заснуть после употребления значительного количества алкоголя, похмелье либо отсутствует, либо значительно ослаблено (в зависимости от количества и качества выпитого), и принявший зачастую просыпается с энергичным, продуктивным настроением. Полезное наблюдение, не так ли?

Сам собой напрашивается вопрос: "как насчет приема собственно глутамата в чистом виде?". Этот вопрос был предметом множества "религиозных войн" с моим участием, так как западные фармакологические школы полностью отрицают этот подход. С другой стороны, глутамат активно использовался в качестве ноотропа в СССР и используется в СНГ, равно как и в Китае, Японии, других развитых странах восточной и юго-восточной Азии, а также в Южной Америке. Оппоненты использования глутамата обычно оперируют следующими аргументами:
 

• он будет полностью потреблен на периферии, например микрофлорой кишечника 
• он не пересечет гематоэнцефалический барьер (совокупность механизмов, защищающих наш мозг от потенциально вредных соединений и микроорганизмов, присутствующих в организме человека, биологический межсетевой экран) 
• если глутамат всё-таки не будет утилизирован на периферии и пройдет через гематоэнцефалический барьер, он может вызвать токсичность возбуждения
    

Безуслово, эти аргументы выглядят достаточно убедительно. Однако, им противопоставлен очень богатый клинический опыт, накопленный в вышеупомянутых частях света. Мои личные взгляды по поводу приема чистого глутамата сводятся примерно к следующему:

•  не весь принятый глутамат утилизируется на периферии, особенно если он абсорбирован в ротовой полости или желудке 
• принимать глутамат более энергетически эффективно, чем его эндогенный (внутренний) синтез в организме 
• гематоэнцефалический барьер пропустит недостающее количество глутамата, но "переключится со ввода на вывод", если концентрация этой аминокислоты станет слишком высокой. Таким образом, токсичность возбуждения будет предотвращена. 

В качестве аргумента, подчеркивающего возможность токсичности принимаемого глутамата, многие приводят так называемый "Синдром Китайских Ресторанов". Некоторые исследователи связывают этот "синдром" с глутаматом натрия, стандартно используемым в дальневосточной кухне для придания пище вкуса "умами". Этот вкус настолько уважаем в дальневосточной кулинарной традиции, что на японском глутамат натрия именуют "адзи но мото" (дословно - "душа вкуса"). Вы можете найти большое количество информации о глутамате в различных пищевых продуктах на англоязычном вебсайте http://www.glutamate.org. Однако, следует упомянуть, что симтомы "Синдрома Китайских Ресторанов" весьма напоминают обычную, обусловленную гистамином аллергическую реакцию, и не имеют ничего общего с истинной токсичностью возбуждения (наподобие наблюдаемой при "амнестическом отравлении моллюсками", вызываемом действующим на глутаматэргические рецепторы "токсином возбуждения" из одноклеточных водорослей — домоатом). Кроме того, статистически достоверную связь между глутаматом натрия в пище и этим синдромом так никому установить не удалось.

Исходя из собственного опыта, прием глутамата не способствует запоминанию и задержке информации в памяти, как это делают ампакины или как это достигается, в описанных ранее специфических условиях, путем восполнения запасов холина. Однако, глутамат повышает скорость обработки данных во "влажных" сетях и имеет сравнительно слабое стимулирующее действие без особых периферических побочных эффектов и повышения количества совершаемых ошибок. Белые, растворимые в кишечнике таблетки глютаминовой кислоты не проявили никакого значительного эффекта, в то время как голубые, растворимые в желудке таблетки приводили к обьективному повышению скорости обработки информации и продуктивности и имели мягкий стимулирующий эффект 20 - 30 минут после приема, сопоставимый с действием крепкого кофе. Я использовал единократный прием 0.5 грамма глутамата в этой лекарственной форме примерно за полчаса до выполнения требующих высокой продуктивности и скорости задач, например перед сложным экзаменом. Следует упомянуть, что в СССР умственно отсталым детям часто прописывали высокие дозы глутамата (до 0.1 - 0.2 грамма на килограмм веса каждый день) на длительное (месяцы) время приема для повышения их возможности к обучению и интеграции в общество. Ещё один интересный момент: существует мнение, что некоторые пищевые продукты способствуют улучшению мышления. Список таких продуктов, приведенный на сайте http://nootropics.com/smartfood/index.html включает в себя спаржевую капусту, столовую спаржу, брюссельскую капусту, салатный лист, авокадо, тунца, треску, морскую камбалу и скумбрию. Все эти продукты, в особенности рыба, перечислены на http://www.glutamate.org и других подобных сайтах как богатые глутаматом, что не вызывает особого удивления.

Пироглутамат, циклическое производное глютаминовой кислоты, часто встречается в западных коммерческих смесях, рекламируемых в качестве ноотропов и продаваемых как пищевые добавки в отделах продажи витаминов аптек и так называемых "магазинов здоровья". Непохоже, чтобы действие пироглутамата было тщательно проверено, и его популяризация основана на эмпирических описаниях. Химически, пироглутамат более сходен с Пирацетамом, чем с глутаматом, из которого его синтезируют.

В целом, я склонен относиться с большим подозрением ко всем активно рекламируемым смесям и коктейлям "для поумнения". В то время как есть вероятность того, что они могут содержать в себе истинные ноотропы (тот же глутамат или ампакины), многие компоненты этих составов явно не имеют никакого отношения к механизмам оптимизации работы нейрональных сетей и даже могут обладать противоположным эффектом (гамма-аминомасляная кислота, таурин в так называемых "энергетических напитках"). Необходимо быть нейрохимиком или нейрофармакологом для отделения зерен от плевел, и если вы им не являетесь, я бы не рекоммендовал использовать подобные смеси в качестве ноотропов или, по крайней мере, ожидать от их употребления существенных результатов.

Ещё один немаловажный вопрос: существуют ли истинные ноотропы, не действующие на передачу сигналов посредством глутамата напрямую? Ответ на этот вопрос положителен. К числу таких соединений относится фактор роста нейронов (Nerve Growth Factor или NGF). NGF стимулирует рост и спраутинг нейронов напрямую, без посредника в виде АМПА и других глутаматэргических рецепторов.

В то время как западные научные и медицинские школы до сих пор только рассматривают перспективы и возможности использования различных рецептур на основе NGF, в СССР этот фактор роста де-факто использовался в клиничекой практике с 1952-го года в виде Церебролизина - богатого NGF гидролизата свиного мозга. Основной недостаток использования любых рецептур NGF заключается в том, что этот полипептид будет полностью разрушен в желудке, и посему должен вводиться внутримышечно. Церебролизин - пожалуй наиболее мощный ноотроп из всех, которые мне довелось испробовать. Развитие эффекта занимает менее часа, при этом усиливаются как скорость обработки данных, так и емкость их сохранения, а также увеличивается острота восприятия и внимание к деталям. Недавно в Японии был разработан новый потенциальный ноотроп под названием Идебенон (Idebenone), которому приписывается возможность увеличивать синтез NGF в коре головного мозга. К сожалению, мне никогда не доводилось экспериментировать с Идебеноном или знать кого-либо, кто с ним работал или, по крайней мере, его употреблял. Если этот препарат действительно способен значительно увеличить выработку NGF в головном мозге человека, то это реальное достижение, позволяющее обойти основную проблему использования Церебролизина, а именно - необходимость иньекции. Гидергин, препарат одобренный в США для лечения слабоумия у престарелых, является ещё одним потенциальным ноотропом, возможно увеличивающим выработку NGF в головном мозге. Однако, механизм его действия до сих пор неизучен полностью, и в настоящее время продаж Гидергина не наблюдается. Гидергин представляет из себя смесь трех алкалоидов эргота, впервые предложенную Альбертом Хоффманом (первооткрывателем LSD-25) как средство для понижения кровяного давления (периферический эффект, нежелательный для ноотропа!) Ницегролин (Сермион) коммерчески доступен, применяется для лечения мигрени и химически весьма сходен с Гидергином. Имеются сообщения о возможной ноотропной активности Ницегролина, однако хотелось бы видеть их четкое подтверждение. У автора нет личного опыта применения Гидергина или его аналогов.

Вазопрессин или антидиуретический гормон - это ещё один пептид, которому приписываются ноотропные свойства. Вазопресин выделяется задней долей гипофиза, и его недостаток приводит к развитию одного из видов диабета (diabetes incipidus). Также, этот гормон активно участвует в формировании долгосрочной памяти. В одном из исследований, посвященных годовому ритму обучения, было установлено, что наиболее благоприятным временем для интенсивного обучения являются Август - Сентябрь, и доказано существование связи между этим наблюдением и годовым пиком секреции вазопрессина в гипофизе на протяжении указанных месяцев. Любопытно, что и алкоголь, и марихуана подавляют выделение вазопрессина из гипофиза, что является одним из обьяснений забывания происшедшего после употребления этих веществ. Другим обьяснением считается временное подавление глутаматной сигнализации мозга как алкоголем, так и марихуаной. Вазопрессин выпускается в распылителях в нос для лечения вышеуказанной разновидности диабета. У меня нет личного опыта использования вазопрессина, и я не отношусь к числу сторонников применения данного гормона в качестве ноотропа. Во первых, он обладает рядом хорошо документированных побочных эффектов, таких как насморк и заложенность носа, раздражение носовых проходов, возможная головная боль, спазмы живота и повышенная сократимость кишечника. У больных стенокардией, употребление вазопрессина может усилить симптомы заболевания. Во вторых, будучи антидиуретическим гормоном, он будет вызывать неизбежную задержку жидкости в организме, что само по себе уже крайне не желательно. В третьих, частое использование любого гормона обычно приводит к понижению его естественной выработки соответствующей железой. Таким образом, после отмены вазопрессина возможен прямо противоположный эффект. Следует отметить, что сторонники использования вазопрессина для улучшения запоминания не рекоммендуют регулярное употребление этого препарата, предлагая одноразовые ингаляции в случае необходимости долговременного запоминания огромного количества информации. Я не отношу вазопрессин к числу истинных ноотропов, поскольку не существует доказательств его влияния на нейрональный рост и спраутинг, и его эффекты вне головного мозга слишком значимы, чтобы ими можно было пренебрегать.

Разумеется, все ранее перечисленные истинные ноотропы могут применяться в комбинациях друг с другом для максимизации их действия. Я успешно перепробовал комбинации ампакинов, глутамата, церебролизина и супплементации холином без каких-либо заметных побочных эффектов. Ещё одним полезным добавлением к истинным ноотропам являются соединения, повышающие "энергетику" нейронов. Человеческий мозг очень требователен к поступлению энергии и поглощает до 50 % всего затрачиваемого организмом кислорода, используя для своих нужд примерно 20 % тотального энергопроизводства тела. В физиологических условиях, без голодания, мозг использует один единственный вид "топлива" — глюкозу. Соответственно, сама по себе глюкоза является полезной добавкой к любому ноотропу в связи с таким высоким энергопотреблением "влажных" сетей (несмотря на отсутствие их перегрева, как и упомянуто в первой части статьи). Следует заметить, что подъем концентрации сахара в крови приводит к выбросу в кровь инсулина, некоторое количество которого способно пересечь гематоэнцефалический барьер. Воздействие инсулина на инсулиновые рецепторы не обладает достаточной избирательностью, так как приводит к фосфорилированию множества внутриклеточных белков. Одним из таких фосфорилированных субстратов в головном мозге являются составляющие части глутаматных НМДА рецепторов, а именно субъединицы NR2A и NR2B (НМДА и АМПА рецепторы не монолитны - каждый состоит из нескольких блоков, у которых имеются свои разновидности). Прикрепление фосфатной группы к этим субъединицам способствует формированию LTP. Таким образом, сахар — это не просто источник энергии для функционирования нейронов, но и своеобразный слабый "полу-ноотроп". Пиритинол ("Энцефабол"), препарат почти идентичный пиридоксину (витамин B6) химически, но не обладающий витаминной активностью, значительно повышает перенос глюкозы через гематоэнцефалический барьер и может послужить ценной добавкой к истинным ноотропам заодно с глюкозой. Забавно, что Пиритинол был самым первым препаратом, разрекламированным и продвигаемым в качестве ноотропа ещё с 1961-го года (Merck). Другими повышающими энергетику нейронов добавками к ноотропам, иногда неправильно рекламируемым как ноотропы, являются L-ацетилкарнитин и уже упомянутый в связи с употреблением холина никотинамид (витамин PP).

Ещё один подход, которым также можно воспользоваться, сводится к приему расширяющих капилляры головного мозга препаратов, таких как Кавинтон (Винпоцетин), в качестве добавок к ноотропам. Многие даже относят Кавинтон и Ко к ноотропам что, разумеется, является ошибкой. Логика, на которой основан этот подход, сводится к тому, что повышенное кровоснабжение мозга приведет к лучшему снабжению нейронов кислородом и глюкозой. В то время как подобная логика вполне целесообразна, отношение автора к такому подходу в целом скептическое. Кровоснабжение здорового мозга должно быть саморегулируемым в соответствии с его потребностями, принимая во внимание специфику нужд отдельных областей мозга, вовлеченных в выполнение текущих задач. Впридачу, следует изучить не будет ли расширение капилляров головного мозга, вызванное длительным приемом подобных препаратов, сменяться их сужением после прекращения приема. А пока что Кавинтон и его аналоги показали себя достаточно эффективными в лечении нарушений мышления, связанных с дефектами кровообращения мозга у престарелых, например, вследствие атеросклероза. Документированные побочные эффекты Кавинтона включают в себя сухость во рту, возможное снижение кровяного давления и слабость. Мне доводилось принимать Кавинтон в комбинации с истинными ноотропами в качестве эксперимента. В то время, как я не столкнулся ни с одним из перечисленных побочных эффектов, субьективно оценить действенность добавления Кавинтона к ноотропам не представилось возможным.

Подведем итоги рассуждений о разгоне "влажных" сетей на практике:

 

•  интенсивное, высокомотивированное, приносящее удовольствие обучение является краеугольным камнем всего перечисленного. Без него, любое фармакологическое вмешательство врядли приведет к ощутимому успеху. 
• существуют препараты, действующие в соответствии с естественными механизмами обучения и способные значительно повысить производительность нейрональных сетей, тем самым расширив круг наших возможностей по обработке и сохранению информации до пределов, недосягаемых без их применения. Такие соединения и называются истинными ноотропами 
•  критерии «истинности» ноотропного препарата и его эффективность могут быть оценены электрофизиологически, биохимически и даже визуально (при наличии под рукой электронного микроскопа) 
•  для достижения ощутимого эффекта, к применению ноотропов (дозировка, интервалы приема, длительность приема) следует относиться тщательно и серьёзно 
•  совместное применение подобных препаратов может быть более эффективным, чем прием единственного соединения 
• существуют соединения, которые могут временно улучшить специфическую функцию головного мозга, например долговременную память, при этом не являясь полноценными ноотропами. Их прием оправдан только в тех случаях, когда такая функция остро необходима 
•  существют соединения, которые способны косвенно улучшить продуктивность "влажных" сетей посредством повышения энергоснабжения нейронов. В то время как сами по себе такие препараты могут не оказать никакого заметного эффекта, их совместное применение с ноотропами вполне оправдано 
•  для того, чтобы знать как разогнать "влажные" сети мозга, необходимо понимать принципы, согласно которым они строятся и функционируют (спросите у знакомого нейрофизиолога или нейрохимика, если таковым не являетесь). Далеко не всё, что активно рекламируется в качестве ноотропов, к ним относится на самом деле. Как обычно, рынок есть рынок, и на незнании можно всегда хорошо заработать. Будьте скептиками. Подвергайте сомнению рекламные проспекты и советы непрофессионалов.
    

В заключении, хотелось бы заострить ваше внимание на двух аспектах, имеющих прямое отношение к тематике статьи. Доказательство от обратного является эффективным способом подтвердить или опровергнуть гипотезу или даже целую парадигму. Итак, аспект первый: существуют ли "анти-ноотропы", снижающие функциональные возможности нейрональных сетей? Безусловно. Пожалуй, наиболее классическим примером "анти-ноотропа" ("dumb drug" или "препарата тупости") является фенциклидин (PCP, "ангельская пыль") и другие, действующие подобным образом соединения (например, Кетамин). Видели ли вы когда-либо наркомана, находящегося в зависимости именно от этих соединений? Жалкое зрелище. Каков может быть механизм действия подобных веществ? Правильно. блокада глутаматных сигнальных систем головного мозга. А если точнее, эти соединения полностью и необратимо перекрывают наши детекторы совпадений — НМДА рецепторы. Они встрявают в качестве "затычек" в самом узком месте ионного канала, которым является НМДА рецептор, физически блокируя прохождение ионов через канал вне зависимости от отсутствия или присутствия глутамата в окружающей рецептор среде. Впридачу, так же как чрезмерное и неконтролируемое возбуждение НМДА, полная блокада этих рецепторов является фатальной для нейронов посредством механизма, получившего название "неоклассической токсичности возбуждения". Не углубляясь в детали сего механизма, отмечу, что даже единственная большая доза фенциклидина и ему подобных соединений способна вызвать физические повреждения задней коры мозга. Теперь посмотрим на другой упомянутый в статье медиатор — ацетилхолин. Вещества, которые блокируют передачу сигналов посредством ацетилхолина (например, атропин), негативно влияют на запоминание и принявший их неспособен нормально запомнить события непосредственно перед приемом такого соединения, а также после приема в период его действия. Тем не менее, такие нарушения памяти временны и не влияют на общие способности к обучению. В лабораторных условиях, можно вызвать полную и постоянную потерю долговременной памяти, уничтожив упомянутый в статье септогиппокампальный путь с помощью высокоизбирательных синтетических (AФ64A) или химерных (IgG-192-сапорин) токсинов. При этом кратковременная память не пострадает. Данные наблюдения подчеркивают, что в то время как ацетилхолиновая передача сигналов в головном мозге специфически важна для формирования долговременной памяти, более общие механизмы обучения (фактически, OMCPF маршрутизация) связаны с ролью глутамата и вращаются вокруг НМДА рецептора, как ключевого компонента "ветварного транзистора" - нашей пары рецепторов.

Второй и последний аспект: велико ли значение генетических факторов в рассмотренных явлениях? Являются ли возможности наших "ветварных" сетей четко обозначенными на генном уровне? Возможен ли генный "взлом", выводящий их на принципиально новую ступень?

Ниже на фотографии представлена генетически "разогнанная" мышь:

Иллюстрация: Мышь Дуги.

Её, а вернее её линию зовут Дуги. Дуги - модифицированные супермыши. В наборах различных тестов они обучаются в два раза быстрее, чем их обычные сородичи, помнят гораздо дольше и адаптируются к изменениям среды значительно быстрее. Их нейрональные сети обладают большими возможностями и более высокой эффективностью. И всё из-за того, что доктор Циен и коллеги генетически модифицировали эту линию мышей, придав им способность к синтезу большего количества NR2B субъединиц НМДА рецепторов. Тех самых субъединиц, которые были уже упомянуты в статье, когда мы обсуждали опосредованный через инсулин эффект сахара на "влажные" сети. Более высокий уровень NR2B субъединиц → усиленная активность НМДА рецепторов → более эффективные операции OMCPF протокола. Даже более того, группа Циена не только придала мышам дополнительные копии гена, кодирующего NR2B, но и внедрила их таким образом, что их активность с возрастом только усиливается , тем самым противодействуя естественному падению функциональности НМДА в связи со старением. В молодости мы и и учимся быстрее, и ломаем больше :-)

В качестве доказательства от противоположного, ученые также создали линию "тупых мышей" с недостатком NR2B гена.

Безусловно, операции "OMCPF сетей" зависят от огромного количества генов, но по аналогии с ИТ безопасностью, эксплойтация одного единственного уязвимого процесса способна дать «рута». А мыши Дуги только дополнительно подчеркивают важность наших молекулярных детекторов совпадений и значимости сигналов, и демонстрируют, как "влажные" сети могут быть "разогнаны" с помощью единственной генной модификации.

Отбросьте страх перед новым и неизведанным. Добро пожаловать в будущее.

Мышь - хакер :-) Иллюстрация для размышления.

П.С.: автор статьи выражает благодарность д-ру Максиму Орловскому, нейрофизиологу, за проверку приведенных материалов.
 

Ломаем wetware

 http://www.securitylab.ru/analytics/241606.php

Данная статья представляет из себя своеобразный синтез традиционной информатики и биоинформатики, изначально зародившийся в качестве попытки разъяснения хакерам почему и как должны применяться ноотропные препараты. Первая часть статьи посвящена собственно механизмам обработки данных мозгом на достаточно низком уровне, фактически - основам нейробиологического ассемблера, а также постройке вышеупомянутой машины на базе этих механизмов. 

Андрей Владимиров (andrew arhont.com), соавтор книг  Wi-фу: "боевые" приемы взлома и защиты беспроводных сетей и Hacking Exposed Cisco Networks (Hacking Exposed)

1. Введение.

Данная статья представляет из себя своеобразный синтез традиционной информатики и биоинформатики, изначально зародившийся в качестве попытки разъяснения хакерам почему и как должны применяться ноотропные препараты. В ходе этой попытки возникла идея создания вполне реалистичного биокомпьютера, использующего те же молекулярные единицы анализа информации, что и человеческий (и не только) мозг, и специализированного для высокоэффективного взлома симметричных шифров. В связи с обьемом излагаемой информации, окончательные выкладки пришлось разбить на две части. Первая часть посвящена собственно механизмам обработки данных мозгом на достаточно низком уровне, фактически - основам нейробиологического ассемблера, а также постройке вышеупомянутой машины на базе этих механизмов. Вторая часть включает в себя описание действия и применения распространённых ноотропных препаратов, опять же используя в качестве основы описанные в первой части механизмы. Таким образом, если всё, что вас интересует, это "разгон" возможностей вашего мозга за пределы его естественных лимитов, не следует пренебрегать первой частью. Понимание - ключ к эффективности любой методологии. 

Немного об авторе для разъяснения истоков приведённой информации. Я занимался разработкой эрго- (повышающих выносливость) и ноотропных препаратов ещё будучи студентом в советские времена, по образованию - нейрохимик, работал и защищался в группе, которой принадлежит честь открытия и классификации большинства упомянутых в статье рецепторов на глутамат. После защиты не смог продолжать исследования в интересующих меня областях по длинному ряду причин, в придачу старое хобби взяло верх, и я стал инженером по информационной безопасности, которым и являюсь по сей день. Разумеется, 13 лет из жизни не выбросишь, и попытки синтеза обоих областей неизбежны. Это - одна из них.

Сразу же оговорим - данная статья не имеет никакого отношения к социальной инженерии (несмотря на название), искусственному моделированию нейрональных сетей и биоинформатике в её традиционном понимании. Объекты, с которыми мы здесь имеем дело - это не так называемые ДНК компьютеры, а типичные "фон Ньюмановские машины", оперирующие согласно тем же логическим принципам, что и ваша рабочая станция. Математическая сторона обсуждаемых здесь вопросов намеренно сведена к минимуму - предполагаемая аудитория не является математиками, и передать предлагаемые здесь идеи абсолютно возможно без потоков непонятных для не имеющих математической базы читателей формул. 

2. Вскрываем "влажные сети".

Вопреки распространённому заблуждению, логически человеческий мозг не представляет из себя один массивный ЦПУ. Это массивная сеть, состоящая приблизительно из триллиона клеток-хостов, 100 миллиардов из которых - нейроны (по крайней мере согласно данным управления перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA). Данная сеть использует гигантское количество процессоров с ещё большим количеством взаимосвязей между ними. Вычислительная мощь такой сети сводится к частоте обновлений этих взаимосвязей, т.е. фактически к нахождению, установлению и поддержанию маршрутов. Таким образом, роль процессоров в ней сводится к основной, если не единственной, задаче - заполнению и поддержанию таблиц маршрутизации, определяющих поток сетевого трафика между "хостами". Мы ещё вернёмся к тому, что считать процессором в данной системе. А сейчас стоит подчеркнуть, что чем быстрее маршруты устанавливаются и пересчитываются, тем быстрее идёт процесс обучения. Чем больше поддерживается разнообразных маршрутов и чем они сложнее, тем больше информации сохраняется в подобной сети. Чтобы переносить информацию в долговременную память, маршрут должен быть поддержан в течении достаточно длительного времени; в некоторых случаях он может существовать постоянно до наступления смерти или серьёзного повреждения вовлечённых нейрональных цепей. Отдельно взятый нейрон имеет тенденцию забывать то, что с ним произошло 10 миллисекунд назад, таким образом вне сети с точки зрения сохранения данных он бесполезен. Давайте же рассмотрим более подробно протокол маршрутизации, который управляет естественными нейрональными сетями.

Трафик данных в нейрональных сетях есть ни что иное, как обусловленная разницей мембранных потенциалов передача электрического импульса, всегда текущая по пути наименьшего сопротивления / максимальной проводимости / наименьших затрат. Таким образом, единственной переменной, кроме, разумеется, наличия физического подключения нейрона к нейрону ("воткнутый кабель"), определяющей направление и силу потока данных в нейрональной сети, является проводимость (выраженная в Сименсах, Ом-1). Упростив, мы можем сравнить её с пропускной способностью / толщиной канала. Это и есть искомая метрика. Как насчёт пакетов обновления маршрутизации? Устойчивый поток низкочастотной синaптической стимуляции, так называемый "протокол сопряжения", не обуславливает направление течения основного (с точки зрения возникновения и стабилизации маршрута) высокочастотного потока данных. Однако, протокол сопряжения указывает соединённым нейронам, что их "подключение" друг к другу существует и вполне функционально. Налицо близкое сходство функции с таковой у HELLO протокола, используемого такими распространёнными протоколами маршрутизации, как OSPF и BGP. При обрыве старого или установлении нового маршрута, механизмы обратной связи немедленно сообщают вовлечённой нейронной сети об изменении архитектуры маршрутизации через соединённые нейроны или, локально, через изменение концентраций так называемых модуляторов обратной связи (легко диффундирующие низкомолекулярные соединения, такие как монооксид азота, угарный газ, арахидоновая кислота и т.д.). Нейроны, получившие подобную информацию, передают её дальше по цепочке. Этот процесс во многом сходен с наводнением сети пакетами объявлений о состоянии канала (LSA). Наконец, нейрональные цепи мозга имеют различные местные правила обучения в зависимости от месторасположения и типа нейронов. Таким образом, наши внутренние "домены маршрутизации" могут быть разбиты на иерархические зоны, варьирующие по степени важности пролегающих маршрутов. Просуммировав приведённые утверждения, можно провести простое, но ёмкое сравнение:

Нейрональная маршрутизация	OSPF
проводимость в Сименсах	пропускная способность канала относительно 100 Мегабит/с (по умолчанию)
протокол сопряжения	HELLO протокол
электрохимические изменения при смене маршрута сообщают другим нейронам об этой смене	"затопление" LSA пакетами при изменениях маршрута информируют другие маршрутизаторы об изменениях
области с различными паттернами локального обучения и градациями  важности проходящих сигналов	Зоны OSPF
соединение таких областей в единую систему со специфической функциональностью	Автономные системы OSPF

Таким образом, сходство с OSPF, или другими протоколами маршрутизации на основе алгоритма Dijkstra довольно очевидно. С целью описания протокола нейрональной маршрутизации можно даже ввести такой термин, как OMCPF (Open Maximum Conductance Path First или, по аналогии с русским переводом OSPF, первоочередное открытие маршрутов максимальной проводимости). Остаётся выяснить, как на низком уровне инициируются, устанавливаются и модифицируются маршруты данного протокола. Это наиболее интересный вопрос, на который нет простого ответа. В конечном итоге, многие изменения на "неветварных сетях" вносятся системным администратором посредством закрытия и подъёма интерфейсов, внесения списков распределения маршрутов, установки пассивных портов, назначения приоритетов маршрутов, установки новых модулей и так далее. С другой стороны, даже принимая во внимание генетические факторы, "надсмотрщик" над (само)обучением наших нейрональных сетей отсутствует.   

Общепризнанным правилом, управляющим обучением в "ветварных сетях", является закон обучения, сформулированный американским физиологом Дональдом Геббом в 1949-ом году. В его канонической формулировке, если возбуждение двух нейронов взаимосвязано, синаптическая сила (вес,  Wij) между ними должна увеличиваться. Математически, изменение синаптического веса между двумя нейронами i и j есть умножение частоты возбуждения этих нейронов (ri и rj) на константу скорости обучения k:  Wij = k*ri*rj. Разумеется, синаптический вес прямо пропорционален проводимости через синапс. Так как тело/отростки нейрона, с электродинамической точки зрения, могут быть представлены как непрерывный кабель с относительно гомогенным сопротивлением, именно проводимость через синапсы (соединения между отростками нейронов) определяет судьбу наших маршрутов. De facto, именно синапс, а не целостный нейрон, является процессорной единицей, рабочей лошадью наших нейрональных сетей. Давайте рассмотрим его несколько более подробно. 

Синапсы подразделяются на электрические (эфапсы) и химические. Поскольку эфапсы, составляющие основу функционирования электрических органов скатов и угрей, в человеческой нервной системе практически отсутствуют, для нас они интереса не представляют. Типичный химический синапс представлен на приведенной 3D иллюстрации. 

Химический синапс.

При повышении мембранного потенциала входящего нервного окончания происходит высвобождение химического медиатора (синие точки на иллюстрации) из пузырьков-хранилищ этого окончания. Постоянная базальная низкоуровневая диффузия медиатора, не зависящая от значительных повышений мембранного потенциала, ответственна за вышеупомянутый HELLO протокол нашего OMCPF. Выброс квантов медиатора при значительных изменениях потенциала ответственен за установление, поддержание и изменение маршрутов. Однако, в не меньшей мере, за регуляцию маршрутов ответственна реакция на выброс этих квантов по другую сторону синaптической щели. Мало того, оба процесса взаимосвязаны, образуя единую систему. Приёмниками "пакетов" медиатора (нейротрансмиттера) на принимающей (постсинаптической) стороне щели являются рецепторы, представленные на иллюстрации в качестве "розеток", проходящих сквозь мембрану. Ближайшей аналогией рецептора в ИТ-мире является демон, слушающий на определённом порту. Безусловно, рецепторы того же типа могут быть расположены и на входящем окончании, тем самым частично обуславливая обратную связь в рассматриваемой системе ("открытые клиентские порты").   

Упрощённое отображение модели химического синапса по Коху (1999) в виде электрической схемы представлено на иллюстрации ниже:

Простая электрическая модель химического синапса

Безусловно, на этой схеме нам наиболее интересен анализатор входящих сигналов, ответственный за логику функционирования нашего процессора, в первую очередь за обнаружение им совпадений и паттернов. А в самом анализаторе наиболее важен триггер, отдельно взятая "транзисторная единица" рассматриваемого процессора. Опустимся же ещё одним уровнем ниже и рассмотрим, как функционирует подобная единица с точки зрения операций предложенного OMCPF протокола и что она представляет из себя физически. Для этого необходимо иметь по крайней мере поверхностное понимание роли вовлечённого в процесс медиатора и рецепторов, реагирующих на изменение его концентрации при передаче сигнала через синапс.

Основными медиаторами возбуждения и торможения в центральной нервной системе человека являются глутаминовая (преимущественно возбуждение) и гамма-аминомасляная (преимущественно торможение) кислоты. Последняя активно участвует в механизмах негативной обратной связи и подавлению информационного шума в передаче сигналов по нейрональным сетям. В контексте данной статьи эти функции не так принципиальны, как непосредственная передача возбуждения между нейронами, посему займёмся глутаматом и синапсами-процессорами, в которых эта аминокислота является преобладающим медиатором. Именно на этих синапсах мы можем найти истинные "ветварные транзисторы" в виде ко-локализованных пар глутаматергических (реагирующих на изменение концентрации глутамата в синaптической щели) рецепторов двух разных типов, а именно НМДА и АМПА рецепторов. Эти рецепторы, названные по традиции в честь избирательно активирующих их синтетических соединений, представляют из себя ионные каналы, открывающиеся при связывании с ними выбрасываемого из пресинаптического нервного окончания глутамата. Прохождение ионов через открывшийся канал ведёт к изменению ионного баланса по обе стороны мембраны и, как следствие, изменению её потенциала (в нашем случае деполяризации), что и есть передача электрического сигнала от одного нейрона к другому.  

Из рассматриваемой пары рецепторов нам наиболее интересен НМДА. Это наиболее сложный рецептор из всех известных науке в настоящее время, и именно особенностями его функционирования многие исследователи (включая автора данной статьи) объясняют процесс обнаружения и фиксирования корреляций и паттернов в значительном количестве нейрональных сетей центральной нервной системы (ЦНС). Именно эти особенности определяют синaптическую силу и, в конечном итоге, маршрутизацию согласно OMCPF.  К их числу относятся:

1. Способность пропускать через себя как ионы натрия, так и ионы кальция.
2. Регуляция пропускной способности ионов кальция изменениями значения мембранного потенциала. Данная регуляция объясняется тем, что при потенциале покоя мембраны (примерно -70 милливольт) наиболее узкая часть канала частично блокирована "застрявшим" в нем ионом магния. При 
3. повышении этого потенциала (деполяризация) этот ион освобождает "ворота" и позволяет кальцию проходить.
4.  В большинстве случаев для достаточного для прохождения ионов кальция повышения потенциала необходима ко-активация соседнего АМПА рецептора. Таким образом, полноценная функциональность НМДА канала достигается только в связке с АМПА.
5. НМДА рецепторы обладают огромным количеством так называемых участков модуляции. Связывание различных соединений (от простейшей аминокислоты глицина до длинных пептидов и ионов цинка), присутствующих в среде рецептора, с этими участками предоставляет множество дополнительных рычагов регуляции функции этого рецептора. Эти рычаги вносят значительную лепту в создание локальных правил обучения и оценки сигналов, т.е. "зон OMCPF" по аналогии с зонами OSPF. Eщёе одним немаловажным фактором в создании этих зон является локальное количество пар рецепторов и их кластеризация.

Так как лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, следующая иллюстрация показывает, как физически выглядит НМДА рецептор, включая некоторые участки модуляции его функций (каковых на самом деле гораздо больше). АМПА рецептор выглядит примерно также, но с меньшим количеством участков модуляции. Некоторые подвиды АМПА рецепторов также способны пропускать кальций, но их пропускная способность для ионов этого металла гораздо ниже, чем у НМДА, то же относится и к их распространённости в ЦНС. Поэтому мы не будем на этом останавливаться.

                        Упрощённое изображение НМДА рецептора

Мы рассмотрим электрический процесс установления корреляции между поступающими сигналами посредством ко-активации пары НМДА/АМПА в следующей части, поскольку именно регуляция этого процесса лежит в основе действия ряда истинных ноотропных препаратов, которым во многом и посвящена вторая часть статьи. А сейчас, давайте абстрагируемся от роли описываемых рецепторов и событий в ЦНС и попробуем построить своеобразное вычислительное устройство на основе этих рецепторов. 

3. Построение молекулярного биокомпьютера на основе рецепторов, ответственных за обучение естественных нейрональных сетей.

Существуют три возможных типа входных данных для нашей пары рецепторов:

• отсутствие входных данных
• подъем концентрации глутамата, активирующий один рецептор пары
• подъем концентрации глутамата, активирующий оба рецептора пары

Результатом могут являться четыре типа выходных данных:

•  отсутствие выходных данных
• повышение концентрации внутриклеточного натрия
• повышение концентрации внутриклеточного натрия и кальция
• деполяризация мембраны (изменение мембранного потенциала на N милливольт)

От этого и будем отталкиваться.

Рассматривая повышение внутриклеточного кальция в качестве выхода и активацию отдельного рецептора как единицу, получаем Булев AND:

NMDA	AMPA	Повышение [Ca2+]
0	0	0
1	0	0
0	1	0
1	1	1

Беря повышение концентрации внутриклеточного натрия как выход, получаем Булев OR:

NMDA	AMPA	Повышение [Na+]
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	1

Беря порог неизменности величины потенциала покоя как выход, легко получаем Булев NOT:

NMDA	AMPA	mV
0	0	1
1	0	0
0	1	0
1	1	0

Измеряя повышение внутриклеточной концентрации и натрия, и кальция, и принимая при этом повышение концентрации обоих ионов за 0, получаем Булев XOR:

NMDA	AMPA	Повышение [Na+] + [Ca2+]
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	0

Также достаточно просто получить ADD и SUB используя комбинацию данных выхода [Na+] vs [Na+ && Ca2+]. А как насчёт сдвигов с фиксированным или изменяемым шагом? Для их получения необходим обладающий шагом параметр, в качестве которого может вполне подойти деполяризация мембраны. Например, +10 mV могут быть приняты за правый сдвиг на один регистр и -10 mV - за подобный сдвиг влево. Деполяризация мембраны способна достигать значения в +30 mV, что даёт десять регистров при использовании подобной схемы. Безусловно, можно использовать меньший размер шага, который даст большее количество регистров, но сделает точное измерение перехода из одного регистра в другой более проблематичным. В качестве альтернативы можно измерять пошаговые изменения околорецепторных внутриклеточных концентраций ионов кальция и натрия, хотя в данном случае логично ожидать большие величины отклонений / "размазанности" сигнала по сравнению с измерением изменений деполяризации мембраны. Так или иначе, проблема генерации правых и левых сдвигов используя данную пару рецепторов вполне разрешима.                                                 

Что же будет результатом подобных, пока теоретических, конструкций? (Би)молекулярная процессорная единица (так как рецептор является одной молекулой), способная выполнять как минимум одну логическую операцию за единицу времени, как альтернатива простому бинарному переключателю, в то время как классические теории нейрональных сетей рассматривают целостный нейрон как простой бинарный переключатель и не более! Здесь и начинается самое занимательное. Активация НМДА рецептора по отношению к пропусканию ионов кальция достаточно медленна по сравнению с другими медиатор-активируемыми ионными каналами. Это связано с вовлечением в такую активацию двух шагов (ко-активация пары рецепторов, вышибание ионов магния из ворот канала) вместо одного. Тем не менее, можно спокойно утверждать, что она не займёт больше, чем 100 микросекунд. Так как именно НМДА активация лимитирует "цикл" нашей пары, в конечном счёте получаем 10000 циклов в секунду, или 10 кГц. В естественных условиях на один нейрон приходится 30 - 40 000 рецепторных пар. Методы современной молекулярной биологии позволяют достигнуть значительной оверэкспрессии рецепторов в используемых клетках, таким образом миллион рецепторных пар на крупную клетку (например, стандартно используемый ооцит жабы Ксенопус) - вполне реалистичная цифра. Настолько же реалистично иметь миллион клеток на чашку Петри и десяток чашек на скромный инкубатор. Вычислительное устройство, основанное на данном предположении, будет иметь минимальную теоретическую скорость в 10 000 х 1 000 000 х 1 000 000 х 10 = 1017 Гц, при этом каждый выполняемыйвыполнмяемый цикл - это как минимум одна Булевская операция или сдвиг. Для чего может оптимально использоваться подобное устройство? Разумеется, для прикладной реализации и взлома Фейстелевских шифров! 

Рассмотрим RC6, известный и широко используемый симметричный блочный шифр профессора Ривеста, в качестве примера. Причина такого выбора заключается в отсутствии в RC6 табличных замен. Для воссоздания таблицы замен на нашей (пока гипотетической) "рецепторной машине", прийдется использовать массив рецепторных пар (если у вас есть лучшие идеи для эмуляции таблицы замен используя всего одну пару рецепторов, предлагаю поделиться ими с окружающим миром). Безусловно, RC6 использует MUL, но эмулировать умножение используя сдвиги регистров очень легко, и имплементация подобных сдвигов с помощью пары рецепторов уже была описана в статье. Таким образом, RC6 является удачным алгоритмом для рассмотрения с точки зрения подобной "биологической атаки". В соответствии с описанием RC6 для конкурса по выбору AES, RC6 использует 254 операции для шифровки или расшифровки блока данных. Если "рецепторная машина" способна выполнить минимум 1017 операций в секунду, то она способна к шифровке 3.937x1014 блоков или 5.039x1016 бит в секунду с помощью RC6, что впечатляет.

Как насчёт взлома? В данном случае мы оперируем с системой, изначально оптимизированной для работы с операциями, используемыми современными (пост-Люциферовскими) Фейстелевскими шифрами. Таким образом, имеет смысл сравнивать подобную систему со специализированными аппаратными устройствами, разработанными для взлома шифров, например с FPGA (Field-Programmable Analog Array, чипы перепрограммируемой логики). Решениям на базе FPGA необходимо 260 циклов для генерации ключа RC6. Предполагая аналогичное количество циклов для нашей рецепторной машины, возможно получение 3.846x1013 ключей в секунду. Для истощения 128-битного пространства понадобится 8.848x1024 секунд или 2.8x1017 лет. Таким образом, шифр выдерживает подобную атаку, если не создать подобное вычислительное устройство большей мощности. Как насчётнасчет RC4? Подсчитаный номер циклов для генерации RC4 ключа - 256. За секунду рецепторная машина способна генерировать 3.9x1013 RC4 ключей, и выработка 40-битного пространства (64-битный WEP) займётзаймет всего-лишь 0.028 секунды. Для шифра с небольшим количеством циклов, необходимых для генерации ключа, даже очень длинные ключи могут быть взломаны нашим устройством без особых проблем. К примеру, А5 шифр, используемый GSM телефонами (всего 3 цикла для генерации ключа), может быть взломан примерно за 553.46 секунды или 9.22 минуты при длине ключа 64 бита. 

Следует сказать, что все приведённые выше цифры должны быть приняты с хорошей долей здорового скептицизма, поскольку они основаны на простом подсчете необходимого числа циклов и построены на сравнении возможностей рецепторной машины с уже существующим "традиционным" аппаратным обеспечением. Вероятность значительной недооценки возможностей предложенного вычислительного устройства, которое представляет из себя массивную параллельную структуру (порядка миллиона "ЦПУ" на одной клеточной мембране и как минимум миллион мембран на один блок "машины") и будет иметь ничтожную продукцию тепла и крайне малые энергозатраты, очень велика. В конце концов, потенциал возможного параллелизма вычислений "рецепторной машины" при приведённых расчётах во внимание не принимался и требует дальнейшего тщательного математического моделирования и проработки. При этом, именно генерация тепла и энергозатраты ЦПУ являются основными ограничителями прироста тактовой частоты современных процессоров. Так или иначе, даже вышеприведённые примеры демонстрируют, что постройка подобного устройства может легко сделать 64-битные ключи многих симметричных шифров достоянием истории. 

                                    

Возникает вопрос: насколько реалистично создание такой системы на практике? С точки зрения автора, при наличии значительных ресурсов (государство, крупная компания), вполне реалистично. Вот ряд рекомендаций по постройке описываемой "рецепторной машины":

- используйте крупные нечеловеческие клетки, устойчивые к последствиям чрезмерной активации НМДА и АМПА рецепторов. Не используйте реальные нейроны. Они высокочувствительны к изменениям локальной среды, требовательны, медленно растут и достаточно часто погибают

• обессмертите используемые клетки (ничего необычного для современной молекулярной/клеточной биологии, хотя для не-биолога это может звучать по крайней мере странно. Раковые клетки "бессмертны", неозлокачествлённые клетки могут быть сделаны бессмертными через внесение в них генов, блокирующих механизмы запрограммированной клеточной смерти).
• используйте оверэкспрессию рецепторов для достижения максимального количества, выдерживаемого выбранными клетками без повреждений (обычно от миллиона до пяти миллионов рецепторов на одну клетку)
• альтернативно можно попытаться использовать не клетки, а искусственные мембранные структуры с вживлёнными в них рецепторами. Понятно, что обе стороны искусственной мембраны должны быть изолированы для поддержания необходимого потенциала     
• используйте флюоресцентную окраску для считывания точечных изменений измеряемых параметров. С помощью такого подхода, пара рецепторов (наш "мини-ЦПУ") может быть представлена как "пиксель" на огромной "логической карте", и изменения соотношений поглощённого / излучённого света будут иметь назначенные им (или привязанные к ним) логические и другие операции. Для считывания данных можно использовать модифицированный электрофотофлюoриметр. Проблема подобного подхода заключается в том, что автору пока не известен краситель, который способен излучать кванты света или же пошагово менять цвет в зависимости от уровня поляризации мембраны. Однако, я уверен, что данная техническая проблема вполне решаема и, не исключено, что подобный краситель уже открыт. В конечном итоге, описываемый подход может привести к созданию функциональной мозаики света (или цвета), отражающей "мозаику логики" на "тарелке процессоров".   
• ещё одна проблема - это высоколокализованная доставка нужных концентраций медиатора(ов) к парам рецепторов. Её можно попытаться решить путем активной доставки медиатора(ов) через мембрану с различной / изменяемой электрически регулируемой проницаемостью. 

Подведём итоги. Построить вычислительное устройство, основанное на парах НМДА/АМПА рецепторов сложно и потребует усилия как минимум полноценного НИИ. Тем не менее, это не относится к разряду невозможного и однозначно стоит попробовать. Подумайте: интеграция всего-лишь 10-ти подобных машин приведёт к созданию "ветварного" суперкомпьютера, который будет всего-лишь в сто раз медленнее сказочного "ДЕСозавра" (крупный динозавр, функция каждой клетки которого - перебор ключей DES), упомянутого в знаменитой "Прикладной Криптографии" Брюса Шнайeра. Однако, в данном случае речь идёт не о воображаемом монстре, а о вполне осуществимом на практике проекте.

4. Уроки безопасности, которые можно извлечь изучая естественные нейрональные сети.

В заключении первой части статьи, мне хотелось бы вернуться к нейрональным сетям мозга и проверить, может ли инженер по сетевой безопасности извлечь полезную информацию, наблюдая за их функционированием в нормальных и патологических условиях. Можем ли мы выучить что-то о традиционных проблемах сетевой безопасности от биологических "ветварных" сетей? 

Вам наверное будет интересно узнать, что аналоги DDoS, атак ошибок/некорректного ввода данных и преполнения буфера всегда существовали в нейрональных сетях ЦНС, при этом многие из этих аналогов являются фатальными в прямом смысле слова. В рассуждениях о принципах физического построения рецепторной машины были упомянуты последствия перевозбуждения глутаматергических рецепторов, которые следует избегать. С высоты птичьего полета речь идет, фактически, о коротком замыкании в нейрональных сетях. Без искр, без дыма, но конечный результат плачевен - вовлечённые нейроны погибают. Когда постоянная активация пары АМПА/НМДА (а в некоторых случаях - и всего лишь одного из этих рецепторов) присутствует в течении длительного времени и без наличия эффективной отрицательной обратной связи, велики шансы переполнения буфера внутриклеточных ионов кальция и бесконтрольного повышения концентрации ионов этого металла. Такое переполнение буфера фатально, так как способно активировать различные механизмы дезинтеграции нейрона. В условиях экстремального перевозбуждения, также возможно "переполнение натриевого буфера", ведущее к отеку нейрона вплоть до его физического разрыва. Разрушенный нейрон высвобождает весь хранящийся в нем (для передачи данных) глутамат, который только способствует перевозбуждению и инициирует цепную реакцию, повреждая и убивая близлежащие нейроны. Все эти разрушительные события обобщены под термином "токсичность возбуждения". 

В менее экстремальных условиях, постоянная активация нескольких нейрональных цепей инициирует стабильную активацию / поток трафика в физически соединенных с ними цепях. Это естественно для "поддержания маршрутов", вызванного вводом внешних данных (обучение). Однако, установление и поддержание бесполезных маршрутов без ввода внешних данных или при отсутствии их корректной проверки, оценки и фильтрации крайне вредоносно (эпилептогенез). В процессе генерации судорожной активности, вовлеченные нейроны затапливают пока не вовлеченных в этот процесс соседей бессодержательным трафиком, напоминая тем самым стандартные DDoS атаки (поскольку как минимум несколько хостов "заливают" свои цели "пакетами", т.е. квантами выделяемого медиатора). Даже более того, поражённые цели начинают сами передавать абнормальный трафик дальше по сопряжённым с ними цепям, что весьма напоминает scatterback при DDoS, smurf и рефлективные DDoS атаки, осуществляемые с помощью утилит наподобие pHorgasm'а. Что же касается атак ошибок/некорректного ввода данных, такие соединения как НМДА и АМПА (в честь избирательности которых и названы оба рассматриваемых в этой статье рецептора), эмулируют эффект глутамата ("корректные данные ввода"), не являясь при этом таковым и проявляя значительную ядовитость в экспериментах на животных. Сходство с естественным медиатором, сопровождающееся отличным (более мощный, отсутствующий, противоположный) эффектом на рецептор обуславливает механизм действия бесчисленного количества натуральных и синтетических токсинов. 

Основной вывод из этих наблюдений заключается в том, что "ничто не ново под Луной". По воле случая или нет, распространённые на Интернете атаки  отражают патологические события естественных нейрональных сетей в плане как логики, так и структуры атак. Если подойти с точки зрения логики подобных биологических событий, наиболее эффективная DDoS атака будет включать:

• использование перегрузки трафиком, выглядящим нормально как с точки зрения содержания (корректные запросы), так и с точки зрения происхождения (подделка исходных IP адресов)
• атакованные узлы должны сами генерировать атакующий трафик и распространять его далее (рефлективный DDoS)
• атакованные узлы должны быть ассимилированы для вовлечения в атаку (DDoS черви)

Любопытно наблюдать, как прогресс развития DDoS атак на современном Интернете движется именно в этом направлении. 

Теперь о борьбе с подобными "атаками" в нейрональных сетях. Лучший способ устранения судорожной активности - подавление или даже хирургическое устранение источника/oчага инициации патологического возбуждения. Следуя этой логике, активная изоляция атакующих хостов для обрыва DDoS является намного более эффективным подходом, чем пассивная фильтрация трафика атаки в точках его назначения и даже на пути к ним. Фактически, речь идет об использовании систем обнаружения и предотвращения атак (IPS) для исходящего трафика - подход, который на данный момент практически никем не используется. "Ветварные" сети всегда имеют функционирующие пути и способы негативной обратной связи, способные к отбрасыванию и фильтрации излишних сигналов. В то же время, сколько развёрнутых в настоящее время TCP/IP сетей используют эгрессивную фильтрацию с активной реакцией на обнаруживаемые аномалии?  

С более традиционной точки зрения, подобная логика смещает акцент с листов контроля доступа (ACL) на системы обнаружения атак (IDS) и их эффективное расследование, если речь не идет о листах контроля доступа на шлюзе, через который изначальный источник атаки подсоединён к Интернету.  

В заключение, рассуждая о безопасности отдельно взятого узла, два доминирующих подхода к сохранению узла (нейрона) в биологических сетях сводятся к блокированию вовлечённых рецепторов ("ветварная" аналогия фильтрации портов) и устранению излишних внутриклеточных кальциевых ионов / блокированию последствий их воздействия (ветварный эквивалент неисполнимого стэка / динамических областей данных и, в какой-то мере, chroot). В естественных нейрональных сетях, только комбинация обоих подходов показывает себя эффективной, при этом основной проблемой "защитников" является временная потеря специфических функций защищаемым нейроном. Данная проблема более подчёркнута при использовании блокирования вовлечённых рецепторов. Сопоставьте эти наблюдения с происходящим в кремниевых эквивалентах наших "ветварных сетей" и прийдите к собственным выводам.

Во второй части статьи мы рассмотрим практические методологии оптимизации функционирования OMCPF с акцентом на применение ноотропных препаратов в процессе обучения и творчества. 

П.С.: автор статьи выражает благодарность д-ру Максиму Орловскому, нейрофизиологу, за проверку приведенных материалов.