Ломаем wetware: ноотропы для разгона мозга. Часть 3

Это — продолжение прошлой статьи, так сказать практическая часть. Кто не любит обилие теории и заумного занудства, а любит тупо выполнять пошаговые howtо, любезно и заботливо составленными для него некими чужими ему людьми — можно начинать текст читать сразу отсюда, опуская теор-часть сего опуса.

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.

Процессинг «влажных» сетей

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 и закона обучения Гебба

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 Морфеуса из Матрицы, 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 8 утра до 5 вечера. «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 объяснить способностью формировать большее количество OMCPF маршрутов и их более легкой и быстрой сходимостью и стабилизацией.

А уже 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.

Истинный ноотроп

И к этой цепи, а также к вопросам мотивации и концепции «брейнбилдинга», мы в этой статье ещё не раз вернемся.

Итак, ставлю свой вопрос ребром:

если аутотренинг и высокая мотивация через деньги и так далее, получение удовольствия от обучения и «чувство глубокого удовлетворения» от новых освоенных техник, знаний и умений — это всё прекрасно и высокодуховно, — но существуют ли дополнительные и 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 теоретической 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. В придачу, 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

Быстрый старт мозга

Взглянем же поближе на соединения, чаще всего используемые для «повышения продуктивности» и «увеличения производительности», например в ночи перед экзаменами или сдачей проекта.

Наиболее подходящими и доступными кандидатурами здесь являются:

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

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.

В придачу, 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 эффектами 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 рекомендуется.

Логичным и доступным подходом к решению этой проблемы вместо 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.

Стимуляторы != ноотропы

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 чужой 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 (окей, число 10 ко мне пришло из устройства /dev/urandom , но сама 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 используемым многими в качестве «ноотропов». Конечно, и уровень стимуляции, и возрастание количества ошибок при их использовании будет ниже.

И, безусловно, применение самых 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, в придачу, их эффект кратковременнен.

Огласите весь список

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 усиливают 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 не ядовит: 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 тренировкойнейрональных 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 иногда под сомнение.

Легенда Пирацетама

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?

Глутамат в чистом виде

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, это биологический межсетевой экран);
• если глутамат всё-таки не будет утилизирован на периферии и пройдет через гематоэнцефалический барьер, он может вызвать токсичность возбуждения.

Безусловно, 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 этом англоязычном вебсайте.

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, 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 этом 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.

Ломаем wetware: ноотропы для разгона мозга. Часть 2

Продолжение сухой теории о работе ноотропов и введения в устройство головного мозга человека.

Хе-хе, не сдавайтесь, парни... Это не так сложно, как кажется, как бонус — если вы поймете это, то сможете работать по 10-12 часов кряду. Как минимум, ваш босс будет очень доволен.

Построение молекулярного биокомпьютера

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 булево AND. Также достаточно просто получить ADD и SUBиспользуя 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.

Следствия модели

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.  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 10 000×1 000 000×1 000 000×10 = 1017 Гц, при этом каждый выполняемый 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 3.937×1014 блоков или 5.039×1016 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 3.846×1013 ключей в секунду. Для истощения 128-битного пространства понадобится 8.848×1024 секунд или 2.8×1017 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 3.9×1013 RC4 ключей, и выработка 40-битногопространства (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.

Некоторые промежуточные выводы

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-битныеключи 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-лишь10-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.

Уроки безопасности, которые можно извлечь

В заключения второй части этой 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».

Обучение, как биологическая DDoS-атака

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