Источник сознания в мозге: Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Мозг – источник сознания?

Современные научные исследования все чаще ставят ученых перед необходимостью искать точки соприкосновения между наукой и буддизмом. Особенно это касается такой спорной и малоизученной на Западе сферы как функционирование сознания.

Существует много способов описать цель буддийского пути. Например, можно сказать, что его цель – положить конец страданию и достичь состояния вневременного счастья. Также можно сказать, что абсолютная цель – состояние Будды, Просветление, или, каким бы словом мы это ни обозначили, – состояние наивысшего функционирования, когда достигают своего совершенства мудрость, активная и всеобъемлющая любовь, бесстрашие, радость и многие другие качества. А если мы хотим сделать акцент на основе или причине этого высшего состояния, то для буддиста – это познание совершенной природы собственного ума. 

Последнее определение знаменательно тем, что оно отчетливо отражает общность интересов буддизма и науки. Например, психофизиология, особенно когнитивная нейрология в последние десять-пятнадцать лет уделяет все больше внимания исследованию ума, т. е. сознания.

Некоторых исследователей переполняет небывалый энтузиазм при одной только мысли о наступлении того дня, когда наконец то все состояния сознания и даже само сознание можно будет объяснить с помощью нейробиологических процессов. Почему современные ученые считают, что у нас скоро появится материалистическое объяснение феномена сознания, и какие гипотезы наиболее популярны? В чем заключаются эти воззрения и можно ли совместить их с буддийским понятием сознания? 

История изучения сознания

Начало научному изучению сознания было положено в XIX веке. В 1879 г. Вильгельм Вундт открыл в Лейпциге первую в мире психологическую лабораторию. Он ставил своей целью исследовать сознание посредством «экспериментальной интроспекции». Для того чтобы вызывать различные состояния сознания, использовались раздражители, поддающиеся измерению.

Изначально предполагалось, что эти состояния, подобно химическим соединениям, имеют сложную структуру. Задачей интроспекции было распознать эти структуры и выявить таким образом главные составные части. Установив связь умственных процессов с внешними измеримыми раздражителями и реакциями, Вундт совершил переворот в психологии и перевел ее из разряда гуманитарных наук в естественнонаучные.

Однако разногласия по поводу содержания и значения внутренних переживаний преодолеть не удалось, из за чего к началу XX века как сознание, так и экспериментальная интроспекция стали запретными темами в психологии. Джон Уотсон, основоположник бихевиоризма – основного направления психологии первой половины XX века, заявлял: «Кажется, пришло время, когда психология должна полностью откреститься от сознания… ее единственной задачей является прогноз и контроль поведения, и интроспекция не может входить в число ее методов». 

Лишь в 1980 е годы положение стало меняться, и проблема сознания вызвала новую волну интереса. В какой-то мере этот поворот можно объяснить растущим пониманием того, что психология, исключающая из рассмотрения феномен сознания, не является полноценной наукой, поскольку психология – это исследование поведения и внутренних переживаний.

Интерес к феномену сознания оживился также благодаря появлению новых, более совершенных методов наблюдения за изменениями в человеческом мозге и теле. Кроме того, граница между философией и наукой начала размываться, когда проблема «сознание – тело» перестала быть чисто философской и оказалось возможным, хотя бы частично, эмпирически исследовать ее. Проблемами, находящимися на стыке этих двух дисциплин, стала заниматься новая наука – нейрофилософия. 

Терминология

Прежде чем мы начнем предметный разговор, необходимо определиться со смысловым наполнением термина «сознание».

Сознание как состояние бодрствования. Часто под сознанием подразумевается состояние бодрствования. Осознающий человек обычно способен воспринимать информацию и взаимодействовать с окружающим миром или общаться. В этом смысле сознание поддается количественному измерению – от глубочайшей бессознательности (комы) до состояния высшей ясности или внимательности. 

Сознание как ощущение (внутренний опыт).   Если мы бодрствуем либо сознательны в описанном выше смысле, то мы, как правило, осознаем что-то. Иными словами, в своем втором значении «сознание» описывает содержание наших субъективных ощущений в течение какого-то времени. Например, наше восприятие себя как личности в сравнении с нашей неспособностью ощущать себя, например, камнем. Здесь мы имеем дело с качественной, субъективной стороной сознания, которую философы часто называют «Квалиа» (лат. Qualia). 

Сознание как (скрытое) знание. В речевом обиходе слово «сознание» используется в более общем смысле. Например, я уже с самого утра осознаю, что сегодня вечером я хотел медитировать, даже если я не размышлял об этом в течение дня. Далее приводятся еще несколько толкований термина «сознание» в смысле самосознания. 

Самосознание как уверенность в себе или вера в свои собственные силы. Мы говорим о самосознании, когда необходимо показать, насколько глубоко мы доверяем себе, своей личности. Тот, кто очень уверенно выступает перед многочисленной аудиторией, имеет развитое самосознание. Если же он все время говорит только о себе, то у него, возможно, завышенная самооценка. 

Самосознание как уверенность в себе или вера в свои собственные силы. Способность осознавать себя, т. е. иметь представление или понятие о своей личности, тоже называется самосознанием. В психологии развития наличие концепции самоосознавания напрямую привязывается к способности индивида узнавать себя в зеркале. Считается, что к этому способны дети от полутора лет, а также шимпанзе и орангутанги, другие же приматы – нет.

Самосознание как осознавание нашей способности осознавать. Мы обладаем способностью осознавать состояния нашего ума. Они помогают нам объяснять самим себе наше поведение: наши желания, представления, ожидания и убеждения часто очень сильно окрашивают нашу речь. 

Как видно из этого короткого и далеко не полного перечня, у термина «сознание» много толкований, и очень важно понимать, о чем мы говорим, прежде чем вступать в дискуссию. В данной статье мы будем использовать слово «сознание» в значении «состояние бодрствования» и «ощущение».  

Сознание в психофизиологии

В психофизиологии большое внимание уделяется исследованию нейрологических основ состояний сна и бодрствования. В этой области выделились два основных направления:

1. Измерение электрической активности мозга при различных состояниях сознания и
2. влияние определенных структур мозга на регуляцию различных состояний сознания.

В 1929 году Ханс Бергер, австриец, живший в то время в Йене, опубликовал статью «Об энцефалограмме человека». В этой работе он описывал явления, открытые еще в конце XIX века ливерпульским врачом Ричардом Кэтоном. С помощью простейших средств Кэтон измерял электрические сигналы на поверхности мозга животных и установил, что изучаемые показатели менялись, когда в глаз испытуемого попадал свет.

Бергер заимствовал этот принцип для экспериментов с людьми – он проводил электрические измерения, подсоединив датчики к голове своего наголо обритого сына Клауса. Несмотря на то, что эти исследования получили мировую известность, в 1938 году нацисты заставили Бергера закрыть лабораторию.

А в 1941 году, после ряда трагических происшествий ученый покончил с собой.

Своей целью Бергер ставил исследование физиологических основ сознания, поэтому первая статья исследователя заканчивалась обширным перечнем вопросов, над которыми работали и до сих пор работают его научные преемники. В первую очередь его интересовало воздействие, которое оказывают на ЭЭГ сенсорная стимуляция, сон, изменяющие сознание психотропные вещества и умственная деятельность. 

Бергер различал два ритма, которые возникали в состоянии бодрствования: альфа-ритм с частотой 8–13 Гц, называемый «пассивной ЭЭГ» и обычно наблюдаемый при закрытых глазах испытуемого, и бета-ритм с частотой выше 13 Гц, наблюдаемый в активной фазе работы мозга. В скором времени выяснилось, что более медленные ритмы – тета-волны (4–7 Гц) и дельта-волны (менее 3,5 Гц) связаны с состояниями сна, пониженной активности и / или тревожности. 

Спустя несколько десятилетий было обнаружено, что во время сна возникает несколько так называемых фаз быстрого сна (БДГ-фазы, от БДГ – быстрые движения глаз, англ. REM-phase), т. е. периодов, характеризуемых быстрыми движениями глаз (при закрытых глазах), во время которых человек видит сны и интенсивно их переживает. ЭЭГ во время этой фазы очень похожа на ЭЭГ бодрствующего человека, в то время как во время фаз, отличных от БДГ, преобладают более медленные дельта-ритмы, из за чего эти фазы называются также «медленный или медленноволновый сон». 

Кроме того, в нескольких исследованиях изучалось влияние медитации на характер ЭЭГ. Если говорить в общем, то состояние медитации обладает специфическими признаками, отличающими ее от состояний релаксации, сна, гипноза и обычного бодрствования. Например, как показало одно широкомасштабное исследование мозга дзен-буддистов, имеющих большой медитационный опыт, альфа-ритмы вскоре после начала медитации становились все более доминирующими.

Затем их интенсивность повышалась, а частота падала до семи-восьми волн в секунду (7–8 Гц) – нетипичный для среднестатистического человека характер волн. Причем эти изменения ЭЭГ в значительной степени соответствовали оценке медитационного состояния участников эксперимента, которую давал их наставник.  

Однако чтобы окончательно установить характер влияния, оказываемого разными видами медитации на деятельность мозга, и оценить значение возникающих в результате изменений, необходимы дальнейшие исследования. Изучение различных видов активации работы мозга и стимуляции сознания также ставит задачу выяснить, какие структуры головного мозга участвуют в регуляции соответствующих состояний, какие процессы протекают на уровне нервных клеток и какие химические вещества при этом задействованы. И хотя это очень важная область знаний, я не буду останавливаться на ней подробно, так как ее серьезный анализ предполагает привлечение большого объема информации, что выходит за рамки нашей статьи. 

До сих пор мы рассматривали, как различные состояния (бодрствующего) сознания проявляются в доступной измерению мозговой активности. Сейчас мы подходим к еще более увлекательной, как мне кажется, теме – содержанию сознания. Исследование зрительного восприятия в значительной мере способствовало развернутой и детальной расшифровке нейрональных механизмов, задействованных при проявлении всевозможных элементов сознания.

Так, на сегодняшний день известно, что в зрительном восприятии принимают участие как минимум 30–40 функциональных и анатомических областей мозга и что зрительная информация «протекает» по этим ареалам параллельными, но связанными друг с другом потоками.

Далее, были обнаружены области мозга, активные при обработке того или иного типа информации, такие как, например, fusiform face area («веретенообразная область распознавания лиц») и parahippocampal place area («парагиппокампальная область пространственного опознавания» – участок головного мозга, расположенный в районе гиппокампуса, который позволяет человеку представлять себе всевозможные пейзажи или пространственные образы)¹. 

В первой области мозговая активность возрастает, когда испытуемому нужно распознавать лица, а во второй – когда необходимо концентрироваться на каких либо пространственных образах, например, изображениях зданий. Активация каждой из соответствующих зон регистрируется даже тогда, когда прозрачные картинки с изображением лица и дома накладываются друг на друга, и испытуемому нужно просто направлять внимание то на один, то на другой объект.

Можно сделать вывод, что на данном этапе обработки информации мозговая активность больше коррелирует с содержанием сознания, чем с физическими свойствами возбудителя. На этих и многих других экспериментах основывается уверенность ученых-нейрологов, что всякое изменение в ощущениях или поведении отражается в изменении характера нейрональной активности. 

Далее, принято различать эксплицитные и имплицитные нейрональные процессы. Первые соответствуют осознанному восприятию, вторые – реакции на раздражитель, которая не воспринимается осознанно. В качестве классического примера можно привести «слепозрение» (англ. blindsight). Частичное разрушение первичной зрительной коры ведет к слепоте в соответствующей зоне зрительного поля.

Тем не менее, некоторые пациенты оказываются в состоянии видеть предметы в этой области, не зная об этом. Когда, например, в «слепую точку» их зрительного поля попеременно проецировали латинские буквы «Х» и «О», то они говорили, что ничего не видят. Но когда их все же просили угадать, какая буква была изображена, то процент правильных ответов значительно превышал среднестатистический.

Таким же образом была доказана неосознанная способность различать положение предметов в пространстве, движения, простые формы и цвета. Конечно, сами пациенты вряд ли найдут этой способности какое-то практическое применение, поскольку ее нельзя сознательно вызывать у себя и задействовать в повседневной активности. Но для понимания механизма зрительных процессов и связанных с ними состояний сознания она имеет очень большое значение.

В одном из недавних исследований были сопоставлены области активизации в мозгу слеповидящих пациентов при осознанном и неосознанном распознавании визуальных стимулов. Результаты показали, что здесь имеют место не количественные различия (т. е. большая или меньшая активность в той или иной области мозга): оказывается, при сознательном и бессознательном восприятии активизируются строго определенные области. Есть надежда, что подобные открытия помогут выявить разницу между сознательными и бессознательными процессами. Пока же данные исследования находятся в зачаточном состоянии, и остается только ждать, подтвердятся ли полученные результаты.

 

Этот краткий обзор позволяет получить представление о средствах, с помощью которых нейрологи исследуют процессы восприятия и сознания. Теперь же обратимся к тому, как они объясняют возникновение сознания. 

Нейрологические теории сознания

Основываясь на постоянно растущем объеме знаний о механизмах работы мозга, участвующих в процессах сознательного и бессознательного восприятия, некоторые ученые приступили к теоретическому изучению аспектов мозговой активности, ответственных за возникновение сознания. И хотя обычно говорят о «нейрональных коррелятах сознания» (англ. neural correlates of consciousness, NCC), нередко приходится слышать мнение, что на самом деле причиной, или источником, сознания являются соответствующие процессы в головном мозге.

Теории возникновения сознания очень разные, но все же несколько из них сходятся на необходимости существования определенной, охватывающей весь мозг нервной активности, которая в наибольшей степени определяет сознание. Сегодня большинством ученых таковой считается нервная активность, синхронизируемая в частотном диапазоне порядка 30–90 Гц (т. н. гамма-диапазон), когда в большом количестве нервных клеток одновременно происходит электрический разряд со скоростью 30–90 раз в секунду («горение»).

Перенос информации путем синхронизации нервных клеток имеет множество преимуществ. Так, каждая нервная клетка может динамически участвовать во многих процессах. Имеются также данные о том, что синхронное горение очень важно для восприятия объектов. Вот упрощенный пример: мы видим красный круг. Поскольку цвет (красный) и форма (круг) обрабатываются разными нейронными группами, возникает так называемая проблема увязки или синхронизации (англ. binding problem).

Каким образом сочетаются или связываются различные признаки, чтобы в итоге мы воспринимали красный круг? Предполагается, что это происходит путем синхронизации участвующих в процессе нейронных групп в гамма-диапазоне.

Мой коллега, Томас Грубер, любезно предоставил мне результаты одного своего эксперимента в этой области. Сначала он давал испытуемым посмотреть нарисованные карандашом изображения различных предметов. Потом он показывал им те же рисунки, но предметы на них были расчленены так, что форма была едва узнаваема либо не узнаваема вообще. При этом сеть из 128 электродов измеряла электрическую активность на коже головы испытуемых (ЭЭГ). В случае, когда предмет был еще узнаваем, наблюдалось значительное повышение синхронизации в гамма-диапазоне, когда же узнать предмет было нельзя, роста синхронизации практически не отмечалось. 

Одним из главных популяризаторов мнения о том, что гамма-синхронизация имеет решающее значение в механизмах, отвечающих за визуальное осознание, является Вольф Зингер, глава франкфуртского Института исследований мозга Макса Планка. 

Первопричина сознания?

Фундаментальный в нейрологии взгляд, согласно которому мозг является основой всех поддающихся и не поддающихся измерению умственных процессов, редко ставится под сомнение. С этой точки зрения, результаты упомянутых исследований практически вынуждают нас сделать вывод, что подобные процессы в мозге действительно являются первопричиной сознания.

Но если копнуть поглубже, то мы увидим, что не существует убедительного объяснения относительно того, каким же образом психологические процессы, сопровождающие процессы сознания, могут быть источником последнего. И хотя многие думают, что изучение нейрональных коррелятов сознания даст ответ на вопрос о происхождении последнего, остается совершенно неясным, как в результате материального процесса возникает нечто духовное. 

В буддийской же философии, напротив, сомнению подвергается тезис о первичности материи. Любое восприятие материи является процессом сознания. Поэтому невозможно говорить о каком либо объекте (материя, мозг) как о независимо существующем от экспериментирующего и анализирующего наблюдателя (субъекта).

К тому же физика, особенно квантовая физика, цель которой – объяснить основы материального мира, показывает, что за идеей физического бытия стоит крайне упрощенное восприятие реальности, а наши концепции микрокосма, построенные на логике «или – или» нельзя признать безусловно верными.

Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, траектория частицы, описываемая координатами и скоростью (точнее говоря, импульсом – производным скорости и массы), не поддается точному определению. Чем точнее мы определяем координаты, тем менее точно поддается определению скорость, и наоборот.

Получается, что не частица находится однозначно в том или ином состоянии, но сам процесс измерения. Иначе говоря, ответ в каждом случае определяется самим задаваемым вопросом – мы получаем различные данные о состоянии частицы в зависимости от того, какой параметр измеряем.

Очевидно, здесь можно усомниться в истинности представления об однозначном, четко определенном способе существования мельчайших составных частиц материи, если только, конечно, мы не станем довольствоваться примитивными идеями о проявлении феноменального мира, но будем пытаться все глубже и глубже исследовать их сущность. Здесь еще много неоткрытых возможностей, и то, что мы будем наблюдать, зависит от самого процесса наблюдения и методов измерения.

Как может нечто, не обладающее независимыми свойствами, быть основой независимого существования? Не выдерживает логического анализа и утверждение о существовании мельчайших неделимых частиц. У неделимых частиц не было бы таких свойств, как растяжимость, направления растяжения, разные стороны и т. д. Если они обладают этими свойствами, то подвержены дальнейшему делению. А если этих свойств у них нет, то они никак не могут быть составными частями более крупных тел, ведь последние не смогли бы принять определенную форму без понятий «верх», «низ» и т. д. 

Любая попытка доказать существование материи представляет собой сознательный процесс. Поскольку материя не может возникать независимо от сознания, то идея о том, что материальный мозг является основой всего, включая сознание, представляется крайне произвольной. Эта идея рождается потому, что наш ум подвержен необычайно сильной привычке смотреть наружу, не имея при этом опыта осознавания самого себя. В результате переживаемым внешним явлениям мы приписываем большую реальность, чем внутреннему пространству или уму, который все это познает.  

Поскольку материя никогда не возникает независимо от сознания, а во время медитации, напротив, появляются такие состояния, когда мы просто осознаем, не нуждаясь в объекте осознавания, медитирующему буддисту не представляет особого труда воспринимать ум и сознание как основу всех переживаний.

Для прояснения такого взгляда ученому, не занимающемуся медитацией, очень весомым аргументом послужило бы научное доказательство того, что сознание может существовать независимо от мозгового вещества. Здесь на помощь приходят результаты интересных исследований, проводимых в Великобритании. Исследователи опросили множество пациентов, перенесших остановку сердца, но возвращенных к жизни. Остановка сердца считается состоянием, когда мы находимся ближе всего к клинической смерти.

Особый интерес в контексте взаимосвязи мозга и сознания представляет собой тот факт, что хотя в течение 10–20 секунд после остановки сердца не наблюдается никакой поддающейся измерению мозговой активности, около десяти процентов опрошенных пациентов помнят о своих переживаниях во время остановки сердца. При этом большинство из подобных воспоминаний сопоставимы с уже изученным опытом – их можно отнести к так называемым околосмертным переживаниям, когда умирающие видят туннель, ясный свет, умерших родственников или мистических существ, а также воспринимают себя вне своего тела и видят все сверху.

Проявление ясных, структурно оформленных мыслительных процессов при наличии внимательности и памяти в то время, когда мозговая деятельность не регистрируется, непросто объяснить посредством общепринятых в науке истолкований опыта клинической смерти. Например, галлюцинации, вызываемые различными веществами, обычно возникают только в функционирующем мозге.

Кроме того, утверждается, что мыслительные процессы зависят от взаимодействия нескольких областей мозга, которое невозможно в состоянии клинической смерти. К тому же, реминисценция (способность помнить, память) считается в медицине очень точным индикатором тяжести повреждений мозга: у пациентов обычно нет никаких воспоминаний с момента непосредственно перед повреждением мозга и первое время после него. Такая же потеря памяти должна происходить и при остановке сердца.

Эти и подобные аргументы можно привести против обычной интерпретации опыта клинической смерти, хотя и нельзя полностью исключать тот факт, что воспоминания опрошенных пациентов – это не собственно воспоминания, реконструкции, созданные (пусть даже бессознательно).

 Неоспоримым и крайне убедительным, на мой взгляд, является тот аргумент, что некоторые пациенты смогли вспомнить то, что происходило вокруг них во время остановки сердца и последующей реанимации, а присутствовавший там персонал клиники подтвердил правильность этих воспоминаний. И пациенты были в состоянии сообщить, что происходило вокруг них, несмотря на то, что их мозг, вне всякого сомнения, не мог выполнять функции, отвечающие за процессы сознания. Если бы мозг был источником сознания, то такие воспоминания были бы невозможны. Приведенные выше рассуждения должны были показать отношение к теме сознания в современной нейронауке². 

Конечно же, данный обзор является неполным, а местами и крайне упрощенным. Кроме того, не каждый психофизиолог разделяет изложенные здесь взгляды. Например, недавно появились новые подходы к изучению обсуждаемой проблемы, которые в будущем, возможно, окажутся важными и интересными. Так, некоторые ученые обратили внимание на большую диспропорцию в исследованиях.

В то время, как накоплено, систематизировано и детализировано множество знаний о самых разных мозговых процессах, нам до сих пор мало известно об аспекте, который мы, собственно, пытаемся объяснить. О самом феномене переживания, ощущения мы знаем сравнительно мало и полагаемся на предположение, что все будут испытывать примерно одно и то же, подвергаясь воздействию одинаковых раздражителей.

Наука еще очень далека от детальной систематизации самого ощущения. Некоторые исследователи пришли к любопытному выводу: медитацию можно использовать как испытанный тысячелетиями и имеющий четкую структуру инструмент для исследования переживаний. Остается лишь ждать, когда этот подход получит более широкое признание, а лаборатории наполнятся подопытными медитаторами.  

Что нам дает все вышесказанное? Надеюсь, я смог прояснить, что нейронаука достигла невиданных результатов в объяснении мозговых процессов, которые взаимосвязаны с нашими переживаниями. Это знание будет очень полезным для создания интеллектуальных роботов. В медицине это знание имеет ключевое значение для разработки кохлеарных имплантатов и искусственной сетчатки, позволяющих людям вновь обретать слух и зрение. 

Если же мы хотим познать наш ум и сознание, то по прочтении этой статьи должно было стать ясно, что одного научного подхода недостаточно. Дискуссии на эту тему (надеюсь, что и эта статья тоже) могут быть полезны для устранения недопонимания и развития более ясного взгляда на то, как нельзя объяснить наш ум и его функцию сознания.

Они должны укреплять убежденность в том, что любой подход, рассматривающий объект и субъект как разделенные элементы, является ограниченным. Действительное же познание, напротив, возникает тогда, когда мы все это отпускаем и пребываем в том, что в самом деле реально. Когда мы осознаем, не нуждаясь в объекте осознавания; когда возникает естественное состояние, свободное от концепций и представлений, то внезапно появляется переживание основополагающего бытия всех явлений. 

Перевод с немецкого: Влад Вольский, Александра Фукс 

---

Петер Малиновский 

Родился в 1964 году, доктор психологии, занимается психофизиологией. С 1990 года ученик Ламы Оле Нидала, основал буддийский центр в Брауншвейге, в котором жил до 1998 года, затем во время написания диссертации жил и участвовал в работе центра в Констанце. В 2001 году основывал еще один центр, на этот раз в Ливерпуле. Путешествующий учитель с 1994 года.

Методы психофизиологии 

Прорыв в развитии новых методов измерения мозговой активности только недавно позволил узнать о мозге то, о чем говорилось в этой статье.

В методе электро¬энцефалограммы (ЭЭГ) несколько электродов помещаются на кожу головы испытуемого для измерения изменений электрического напряжения, возникающих при воздействии раздражителя. При этом считается, что таким образом измеряется электрическая активность многих одновременно действующих нейронов. И если точное определение источника активности проблематично, поскольку регистрация сигналов осуществляется на некотором расстоянии от самого мозга, то точность измерения времени очень высока и лежит в области миллисекунд. 

Подобным же обаразом в магнитоэнцефалографии (МЭГ) измеряется магнитное поле, возникающее вследствие электрической активности нейронов. Этот метод технически гораздо более сложно организован, однако его преимущество в том, что сигнал меньше глушится черепной коробкой и кожей головы. 

Оба эти метода особенно чувствительны к изменениям мозговой активности во времени, тогда как описанные ниже методы применяются в случаях, когда необходимо получить более точную информацию о том, какие области мозга задействованы в его определенных функциях. 

В позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) испытуемому вводится инъекция радиоактивного вещества, содержащего субатомные частицы с коротким периодом полураспада, излучающие гамма-кванты (позитроны). Поскольку кровяное давление возрастает в отдельных областях мозга, когда они активны, то в эти области попадает больше введенного вещества. Это излучение можно зарегистрировать датчиками, установленными на голове, и тем самым определить, какие области мозга особенно активны при определенных когнитивных процессах. 

Далее, функциональная магнитно-резонансная томография (англ. functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI) позволяет зарегистрировать повышение притока крови при умственной активности. Для этого генерируется очень сильное внешнее магнитное поле, которое задает направление движению водородных ядер (протонов). Затем производится магнитный импульс, чтобы заставить протоны двигаться в другом направлении. При этом засекается время, за которое протоны возвращаются на свою исходную позицию. Это время характеризует свойства вещества и может использоваться для выявления изменений содержания кислорода в крови. 

Поскольку изменения кровотока наступают сравнительно медленно, оба эти метода дают ограниченную информацию об изменениях во времени, но они позволяют определять местоположение объектов с точностью до миллиметра.

Кое-что из психологии 

Читатель может задаться вопросом: как связаны психология и психофизиология? Для этого случая здесь приводится краткая расшифровка терминов. Когда мы говорим о психологии, то обычно подразумеваем область знаний, которая занимается изучением, диагностикой и лечением психических нарушений. Но это было бы правильнее называть клинической психологией и психотерапией.

Надо отметить, что основанный Зигмундом Фрейдом психоанализ обычно рассматривается как особая (и далеко не единственная!) форма психотерапии, в основе которой лежат определенные представления о человеке. Другое же направление – когнитивная психология – изучает свойства человеческого интеллекта и мышления.

Эта область психологии включает такие важные разделы, как психология восприятия, внимания и памяти, психолингвистика, в последнее время все большее значение приобретает психология сознания. Когнитивная психология придерживается строго научных методов.

С ней тесно связана когнитивная нейрология (Cognitive Neuroscience), которая занимается биологическими основами когнитивности. Наряду с упомянутыми существует раздел нейропсихологии, в рамках которого изучается проблема точной диагностики повреждений мозга и лечения последствий их воздействия на умственные способности и психику пострадавшего.

что это и где находится

(О)Сознание

Сознание — это все, что мы испытываем. От мелодии, засевшей в голове, до сладости шоколада на языке. От ноющей зубной боли или радости от новой покупки, до горечи осознания, что когда-нибудь все чувства угаснут.

Источник этого опыта, который английские ученые иногда называют квалиа, остается тайной, волнующей тысячи людей: от философов, до нейробиологов и психологов. Первые обсуждают, существует ли сознание в принципе и если да, то что это за субстанция такая. Вторые же куда больше озабочены тем, где оно находится и как оно работает. Пока отложим философию и рассмотрим поближе центр сознания — мозг.

Нас, в частности, интересуют нейронные корреляты сознания (НКС), которые являются наименьшими нейронными механизмами, в совокупности достаточными для какого-либо конкретного осознанного чувственного опыта. Это значит, что есть небольшая группа нейронов, которая стабильно реагирует на те или иные конкретные внешние возбудители. Именно НКС играют большую роль в нейробиологическом подходе к определению сознания. Однако прежде чем говорить о них, постараемся ответить на несколько вопросов.

Где живет наше Я?

Итак, давайте обратимся к русскому языку. Например, если мы увидим человека, который внезапно упал в обморок, то мы скажем, что он потерял сознание. Правда ли это? Не совсем. Да, кажется, что он перестал реагировать на внешние стимулы: он не отвечает на вопросы, не двигается, даже глаза не открывает. Однако его мозг активен, просто окружающие не могут этого увидеть.

Еще в начале десятилетия ученые из Кембриджа провели эксперимент. Их испытуемой стала девушка, длительное время находящаяся в состоянии комы после автомобильной катастрофы. Ей задавали вопросы, связанные с ее прошлым и субъективным опытом. Естественно, ответить на них она не могла, но вместо тела работал мозг.

При помощи функциональной МРТ, которая показывает изменения в токе крови, вызванные нейронной активностью, ученые заметили, что реакция все же есть. Когда испытуемую просили представить, что она перемещается по своей комнате, то у нее активизировались участки мозга (гиппокампы), связанные с пространственной навигацией. А когда ее просили представить, что она играет в теннис, то активность наблюдалась уже в других участках, связанных с процессом игры.

СДВГ на функциональной МРТ

Так что отсутствие внешних реакций не означает потерю сознания, не приведет к этому и сенсорная депривация. Амнезия также не влияет на его работу. Значит, если тело не при делах, то сознание = мозг? Тоже не совсем. Нельзя сказать, что работа всего центрального отдела нервной системы необходима для наличия сознания. Например, возьмем мозжечок. Это сложная система, в которой находится около 69 миллиардов нейронов: это в несколько раз больше, чем во всех других частях мозга вместе взятых. Что будет, если его вырезать? Для сознания — практически ничего.

Дело в том, что нейронным сетям мозжечка все параллельно. Нет, серьезно, они просто выполняют свою работу в небольших группах, которые почти не взаимодействуют между собой и не дают обратную связь. Эдакая большая и клевая компания, которая никогда не ходит на общие тренинги по тимбилдингу. Для зарождения сознания необходимо активное взаимодействие нейронов и их групп, но есть еще одно условие: они должны быть расположены в неокортикальных тканях, которые также называют новой корой. Это области коры головного мозга, которые отвечают за высшие нервные функции: именно благодаря им мы говорим, чувствуем, мыслим. Значит ли это, что вся кора хранит в себе это мистическое сознание?

Театральная теория и мозговой ствол

Мозговой ствол

Почти, но не совсем, хотя такой вариант учеными тоже рассматривался. Однако наиболее распространено мнение, что лишь некоторые области коры мозга отвечают за сознание. Они попеременно активизируются, отвечая на раздражители. Какие-то ведут деятельность сами по себе, не нуждаясь во внешней стимуляции, другие же более пассивны. Существует несколько теорий сознания, если не брать в расчет философские, однако одна из них получила особенную популярность.

Теория глобального нейронного рабочего пространства (ГРП) Б. Баарса, С. Деана и Ж.-П.Шанжё затрагивает осознанное и бессознательное. Обычно ее объясняют при помощи метафорического театра. В Театре Сознания луч Избирательного Внимания освещает сцену. Этот свет показывает составляющие сознания: актеров, которые двигаются туда-сюда, произносят речи или взаимодействуют друг с другом. Зрители сидят в темноте (бессознательное) и наблюдают за выступлением. За сценой, тоже в темноте, находятся режиссер (исполнительные функции), сценаристы, дизайнеры и т.д. Они создают то, что находится на сцене в лучах света, но сами остаются незамеченными.

Транслирующееся сознание

Эта теория говорит о том, что сознание — это единая глобальная сеть, поэтому все процессы связаны друг с другом. Осознаваемый опыт обрабатывается сетью нейронов, тем самым глобальным пространством. По отдельности они «субъективны», но их совместная работа приводит к построению наиболее реалистичной картины в мозге. Неосознанные же переживания обрабатываются отдельно в локальных участках коры, при этом учитывается опыт и общее состояние организма. Существуют и те, кто остался за пределами ГРП. Они формируют «контекст»: он бессознательно влияет на осознание нового, если оно как-то связано с чем-то старым, уже известным.

Пока авторы теорий сознания говорили о цепочках и разных точках, ученые из Гарварда заявили, что им, возможно, удалось найти центры сознания, хотя их заявление и подлежит тщательной проверке. Они изучили пациентов, находящихся в коме и в сознании. Сравнив результаты, они поняли, что у первых был поврежден мозговой ствол, а точнее — его небольшая область rostral dorsolateral pontine tegmentum. Они также изучили карту мозга и выделили две части, связанные с ним: «островок» и передняя часть поясной извилины коры головного мозга. Пусть материалов для исследования было не так много (в эксперименте принимали участие менее 40 респондентов), а вопрос, лишен ли человек в коме сознания в полной мере, остается актуальным, исследование может помочь многим людям покинуть больничные койки и вернуться к нормальной жизни.

Поясная извилина и островок

Ну и последний пункт, который нельзя обойти стороной в обсуждении сознания. Во-первых, есть ли оно у животных? Да, согласно Кембриджской Декларации о Сознании. Даже у некоторых насекомых и моллюсков. Правда, этот документ написан скорее для общественности, так что ученым еще есть о чем поспорить.

Во-вторых, может ли оно быть у искусственного интеллекта? Возможно. Сейчас ученые уже активно копируют принцип работы мозга. Когда мы слышим о нейронных сетях, очень немногие думают о тех, что находятся внутри нас, а не внутри компьютеров. Пока это не привело к появлению машины с сознанием, но с течением времени и такое возможно. Или же успешными могут оказаться попытки полностью скопировать мозг, что, правда, является очень амбициозной задачей, ведь в нем около 86 млрд нейронов. Возможно, искусственный интеллект удастся подключить к мозгу человека, но что из этого выйдет и можно ли считать эту связь за наличие сознания у ИИ — вопрос. Или же ученые создадут ИИ-ученого, который улучшит себя и своих собратьев, соберет армию роботов и устроит сцену классического робокалипсиса.

Источники

1. В Гарварде считают, что нашли физический центр человеческого сознания
2. О сознании животных
3. What Is Consciousness?
4. На пути к фундаментальной теории сознания
5. Проблема сознания и мозга
6. Гипотеза: может ли у искусственного интеллекта появиться сознание
7. Каковы исполнительные функции мозга

Теги:мозг, сознание

Почему сознание — это не мозг (и как это доказать)

В научном сообществе не прекращаются споры о том, что такое сознание. Нейробиологи часто отождествляют его с процессами, протекающими в человеческом мозге. Философ Антон Кузнецов объясняет, почему это слабая позиция. О «слепом зрении», иллюзиях и «аргументе зомби» — в конспекте его лекции.

Антон Кузнецов

Кандидат философских наук, младший научный сотрудник философского факультета МГУ, сотрудник Центра исследования сознания при философском факультете МГУ

Аномальный феномен

Проблема соотношения тела и сознания до сих пор не решена. Существуют разные теории сознания — теория глобального нейронного рабочего пространства (Global workspace theory, или GWT. — Прим. T&P), квантовая теория Хамероффа — Пенроуза, теория аттендированной среднеуровневой реализации сознания Принца или теория интегрированной информации. Но все это только гипотезы, в которых недостаточно разработан концептуальный аппарат. А кроме того, нам не хватает экспериментальных средств для изучения мозга и поведения человека — например, применение постулатов теории интегрированной информации на живых организмах пока невозможно из-за вычислительных и аппаратных ограничений.

Сознание — аномальный феномен, непохожий на остальные феномены естественного мира. В то время как последние интерсубъективны, то есть доступны всем, к сознанию мы всегда имеем только внутренний доступ и не можем его непосредственным образом наблюдать. Одновременно с этим мы знаем, что сознание — естественное явление. Впрочем, если мы станем думать об устройстве Вселенной как о фундаментальных физических взаимодействиях, то это будет работать ровно до тех пор, пока мы не вспомним о сознании: непонятно, как в такое представление мира втискивается феномен со столь непохожими на все остальное характеристиками.

Одно из лучших определений сознания — остенсивное (определение предмета путем непосредственного показа. — Прим. T&P): все мы с вами чувствуем ментальные образы и ощущения — это и есть сознание. Когда я смотрю на какой-то предмет, в моей голове есть его образ, и этот образ тоже является моим сознанием. Важно, чтобы остенсивное определение сознания коррелировало с итоговым объяснением: когда в исследовании сознания мы получаем определения вроде «Сознание — это квантовый эффект в микротрубочках нейронов», то сложно понять, как этот эффект может стать ментальными образами.

Функции есть, а сознания нет

Существует когнитивное понятие сознания. Примерами когнитивных задач, которые мы выполняем как сознательные субъекты, могут быть речь, мышление, интеграция информации в мозге и т. д. Но это определение слишком широкое: получается, если есть мышление, речь, запоминание, значит, есть и сознание; и наоборот: если нет возможности говорить, значит, и сознания нет. Часто это определение не работает. Например, у пациентов в вегетативном состоянии (которое наступает, как правило, после инсульта) есть фазы сна, они открывают глаза, у них бывает блуждающий взгляд, и родственники часто принимают это за проявление сознания, что на самом деле не так. А бывает, что когнитивных операций нет, а сознание есть.

Если в МРТ-аппарат поместить обычного человека и попросить представить, как он играет в теннис, у него произойдет возбуждение в премоторной коре. Эту же задачу поставили перед пациенткой, которая не откликалась вообще ни на что, — и увидели на МРТ такое же возбуждение в коре. Тогда женщину попросили представить, что она находится в доме и ориентируется внутри него. Потом ее начали спрашивать: «Вашего мужа зовут Чарли? Если нет, представляйте, что вы ориентируетесь в доме, если да — что вы играете в теннис». Реакция на вопросы действительно была, но ее можно было отследить только по внутренней активности мозга. Таким образом,

поведенческий тест не позволяет нам удостовериться в наличии сознания. Жесткой связи между поведением и сознанием нет.

Между сознанием и когнитивными функциями тоже нет прямой связи. В 1987 году в Канаде произошла страшная трагедия: лунатик Кеннет Паркс заснул перед телевизором, а потом «проснулся», завел машину, проехал несколько миль до дома родителей своей жены, взял монтировку и пошел убивать. Затем уехал и только на обратном пути обнаружил, что у него все руки в крови. Он позвонил в полицию и сказал: «Мне кажется, я кого-то убил». И хотя многие подозревали, что он гениальный лжец, на самом деле Кеннет Паркс — удивительный потомственный лунатик. У него не было мотива для убийства, а еще он сжимал нож за лезвие, отчего на руке у него были глубокие раны, но он ничего не чувствовал. Следствие показало, что Паркс не находился в сознании в момент убийства.

Я сегодня видел у кого-то в руках книгу Николаса Хамфри «Пыльца души». В 1970-х Николас Хамфри, будучи аспирантом и работая в лаборатории Лоуренса Вайскранца, открыл «слепое зрение». Он наблюдал за обезьяной по имени Хелен, у которой была корковая слепота — не функционировали зрительные отделы коры головного мозга. Обезьяна всегда вела себя как слепая, но в ответ на некоторые тесты вдруг начала демонстрировать «зрячее» поведение — каким-то образом распознавала простые объекты.

Обычно нам кажется, что зрение — сознательная функция: если я вижу, значит, я осознаю. В случае «слепого зрения» пациент отрицает, что он что-то видит, однако, если его попросить угадать, чтó находится перед ним, он угадывает. Все дело в том, что у нас есть два зрительных пути: один — «сознательный» — ведет в затылочные зоны коры головного мозга, другой — более короткий — в верхний отдел коры. Если у боксера будет работать только сознательный зрительный путь, он вряд ли сможет уворачиваться от ударов — он не пропускает удары как раз благодаря этому короткому, древнему пути.

Зрительное восприятие — это когда вы можете сказать, «что» и «где», а зрительное ощущение — это когда при этом вы еще имеете ментальную картинку. Выполняется примерно одна и та же когнитивная функция распознавания объекта, но в одном случае это распознавание сознательно, а другом — нет. «Слепое зрение» — это зрительное восприятие без сознания.

Чтобы какая-то функция в мозге была сознательной, нужно, чтобы выполнение определенной когнитивной задачи сопровождалось внутренним субъективным опытом.

Именно наличие приватного опыта является ключевым компонентом, позволяющим сказать, есть сознание или нет. Это более узкое понятие называется феноменальным сознанием (phenomenal consciousness).

Трудная проблема

Если бы мне без анестезии вырывали зуб мудрости, скорее всего, я бы кричал и пытался двигать конечностями — но по этому описанию трудно сказать, чтó со мной происходит, если не знать, что я при этом испытываю жуткую боль. То есть когда я нахожусь в сознании и происходит что-то с моим телом, важно подчеркнуть: чтобы сказать, что я нахожусь в сознании, я добавляю в историю своего организма какие-то внутренние приватные характеристики.

Это подводит нас к так называемой трудной проблеме сознания (hard problem of consciousness, термин ввел Дэвид Чалмерс). Она заключается в следующем:

почему функционирование мозга сопровождается субъективными и приватными состояниями? Почему оно не происходит «в темноте»?

Нейроученому неважно, есть ли у сознательных состояний субъективная, приватная сторона: он ищет неврологическое выражение этих процессов. Однако даже если это неврологическое выражение найдено, оно все равно каким-то образом испытывается. Таким образом, неврологическое описание или описание сознания через мозговые, поведенческие процессы и когнитивное функционирование всегда будет неполным. Мы не можем объяснить сознание, используя стандартные методы естественных наук.

© davestrick / Giphy

Безошибочность иллюзии

Можно выделить некоторые характеристики феноменального сознания или сознания вообще: квалитативность, интенциональность, субъективность, приватность, отсутствие пространственного протяжения, невыразимость, простота, безошибочность, прямое знакомство и внутренняя природа. Таково рабочее определение сознания.

Квалитативность (качественность) — это то, каким образом вы испытываете свой внутренний субъективный опыт. Обычно это сенсорные характеристики: цвета, тактильные, вкусовые ощущения и т. д., а также эмоции.

Приватность сознательного опыта означает, что вы не видите то, как я вижу вас. Даже если в будущем изобретут средство увидеть то, чтό другой человек наблюдает в своем мозге, то все равно нельзя будет увидеть его сознание, ведь увиденное будет вашим собственным сознанием. Нейроны в мозгу можно увидеть хирургическим путем, но с сознанием это не сработает, потому что это абсолютная приватность.

Отсутствие пространственного притяжения свидетельствует о том, что, когда я смотрю на белую колонну, моя голова не увеличивается на объем этой колонны. У ментальной белой колонны нет физических параметров.

Невыразимость ведет к понятию простоты и неразложимости на другие характеристики. Некоторые понятия невозможно объяснить через более простые. Например, как объяснить, что значит «красное»? Никак. Объяснение через длину волны не считается, потому что, если начать подставлять его вместо слова «красное», значение высказываний изменится. Некоторые понятия можно выразить через другие, но в первом приближении они все кажутся невыразимыми.

Безошибочность означает: вы не можете ошибаться насчет того, что находитесь в сознании. Вы можете заблуждаться в суждениях о вещах и явлениях, вы можете не знать, чтó стоит за ментальным образом, но если вы с этим образом сталкиваетесь, значит, он существует, даже если это галлюцинация.

И хотя не все исследователи согласны с таким рабочим определением, любой, кто занимается сознанием, так или иначе интерпретирует эти характеристики. Ведь эмпирически ответить на вопрос, что такое сознание, не получается из-за того, что мы не имеем к нему такого же доступа, как ко всем феноменам естественного мира. А от выстроенной нами эмпирической теории зависит, как мы будем работать с пациентами в тяжелом состоянии.

Сознания нет, а слово есть

Проблема сознания появилась в Новое время усилиями Рене Декарта, который разделил тело и душу по этическим основаниям: тело омрачает нас, а душа как разумное начало борется с телесными аффектами. С тех пор противопоставление души и тела как бы раскалывает мир на две независимые области.

Но ведь они взаимодействуют: когда я говорю, у меня сокращаются мышцы, двигается язык и т. д. Все это физические события, у каждого моего движения есть физическая причина. Проблема в том, что нам непонятно, как то, что не находится в пространстве, влияет на физические процессы. Таким образом, в наших представлениях о мире есть фундаментальный раскол, который нужно устранить. Самый лучший способ — «уничтожить» сознание: показать, что оно существует, но является производной физических процессов.

Проблема сознания тела связана с другими большими проблемами. Это вопрос тождества личности: что делает личность одной и той же на протяжении всей жизни, несмотря на физиологические и психологические изменения организма и психики? Проблема свободы воли: являются ли наше ментальное и сознательное состояния причинами физических событий или поведения? Биоэтические вопросы и проблема искусственного интеллекта: люди мечтают о бессмертии и возможности перенести сознание на другой носитель.

Проблема сознания связана с тем, как мы понимаем причинность. В естественном мире все причинные взаимодействия носят физическую природу. Но есть один кандидат на нефизический тип причинности — это причинность от ментального к физическому, и от физического — к поведению. Нужно понять, есть ли такой вид процессов.

Нас также интересует вопрос о критериях существования. Когда я хочу понять, существует ли какой-то предмет, я могу это верифицировать: взять его в руки, например. Но в отношении сознания критерий существования не работает. Значит ли это, что сознания не существует?

Представьте, что вы видите, как бьет молния, и вы знаете, что физическая причина удара молнии — столкновение холодного и теплого погодных фронтов. Но потом вдруг добавляете, что другой причиной молнии могут быть семейные неурядицы бородатого седого мужчины атлетического телосложения, его зовут Зевс. Или, например, я могу утверждать, что за моей спиной находится синий дракон, просто вы его не видите. Ни Зевс, ни синий дракон не существуют для естественной онтологии, так как их допущение или отсутствие ничего не меняет в естественной истории. Наше сознание сильно похоже на такого синего дракона или на Зевса, поэтому мы должны объявить его несуществующим.

Почему мы этого не делаем? Человеческий язык переполнен ментальными терминами, у нас неимоверно развит аппарат для выражения внутренних состояний. И вдруг оказывается, что внутренних состояний нет, хотя их выражение есть. Странная ситуация. Без проблем можно отказаться от утверждения о существовании Зевса (что и было сделано), но Зевс и синий дракон тем отличаются от сознания, что последнее играет важную роль в нашей жизни. Если вернуться к примеру, когда мне выдирают зубы, то сколько меня ни убеждай, что я не испытываю боль, я все равно буду ее испытывать. Это состояние сознания, и оно достоверно. Выходит,

для сознания нет места в естественном мире, но мы не можем отказаться от его существования. Это ключевая драма в проблеме сознания тела.

Впрочем, поскольку с точки зрения естественной онтологии мы должны объявить сознание несуществующим, многие исследователи предпочитают утверждать, что сознание — это физический процесс в мозге. Можно ли тогда сказать, что сознание — это и есть мозг? Нет. Потому что, во-первых, для этого нужно продемонстрировать идеальную замену ментальных терминов на неврологические. А во-вторых, нейронные процессы невозможно верифицировать.

Аргумент зомби

Как доказать, что сознание — это не мозг? Часто для этого используют примеры внетелесного опыта. Проблема в том, что все подобные случаи не выдержали проверки. Попытки верифицировать феномен реинкарнации тоже провалились. Так что аргументом в пользу нематериальной природы сознания может быть только мысленный эксперимент. Один из них — так называемый аргумент зомби (philosophical zombie). Если все, что существует, объясняется лишь физическими проявлениями, то любой мир, тождественный нашему во всех физических отношениях, тождественен ему и во всех остальных. Представим мир, тождественный нашему, но в котором нет сознания и обитают зомби — существа, функционирующие только согласно физическим закономерностям. Если такие существа возможны, значит, человеческий организм может существовать без сознания.

Один из главных теоретиков материализма Дэниел Деннет считает, что мы и есть зомби. А защитники аргумента зомби считают как Дэвид Чалмерс: чтобы расположить сознание внутри физического мира и не объявлять его физическим, нужно изменить само понятие о таком мире, расширить его границы и показать, что наряду с фундаментальными физическими свойствами существуют еще и свойства протосознательные. Тогда сознание будет инкорпорировано в физическую реальность, но полностью физическим все-таки не будет.

Литература

• Baars Bernard J. In the Theater of Consciousness. New York, NY: Oxford University Press, 1997

• Owen A. Into the Gray Zone: A Neuroscientist Explores the Border Between Life and Death. Scribner, 2017

• Деннет Д. Как исследовать человеческое сознание эмпирически / пер. с англ. Н.С. Юлиной // История философии. — М.: ИФ РАН, 2005. — Вып. 12.

• Деннет Д. Онтологическая проблема сознания / пер. с англ. А.Л. Блинова // Аналитическая философия: Становление и развитие (антология) / сост. А.Ф. Грязнов. — М.: ДИК «Прогресс-Традиция», 1998. — С. 361–375.

• Пенроуз Р. Тени разума: В поисках науки о сознании / Перевод с англ. А.Р. Логунова, Н.А. Зубченко. — М.: Ижевск: ИКИ, 2011

• Хамфри Н. Сознание. Пыльца души. — М.: Карьера Пресс, 2014

• Чалмерс Д. Сознающий ум. В поисках фундаментальной теории. — М.: Либроком, 2013

Мы публикуем сокращенные записи лекций, вебинаров, подкастов — то есть устных выступлений. Мнение спикера может не совпадать с мнением редакции. Мы запрашиваем ссылки на первоисточники, но их предоставление остается на усмотрение спикера.

Читайте нас в Facebook, VK, Twitter, Instagram, Telegram (@tandp_ru) и Яндекс. Дзен.

Расшифровка нейронауки о сознании

В 1990-х годах нейробиолог Мелвин Гудейл начал изучать людей с состоянием, называемым зрительной агнозией. Такие люди не могут сознательно видеть форму или ориентацию объектов, но действуют так, как будто могут. «Если вы поднимете перед ними карандаш и спросите, горизонтально он расположен или вертикальен, они не смогут вам ответить», — говорит Гудейл, директор-основатель Института мозга и разума Западного университета в Лондоне, Канада. «Но примечательно то, что они могут протянуть руку и взять этот карандаш, правильно ориентируя свою руку, когда они тянутся, чтобы соприкоснуться с ним».

Часть перспективы природы: мозг

Первоначальный интерес Гудейла был связан с тем, как мозг обрабатывает зрение. Но по мере того, как его работа по документированию двух зрительных систем, управляющих сознательным и бессознательным зрением, продвигалась вперед, она привлекла внимание философов, которые вовлекли его в разговоры о сознании — слияние полей, которое изменило их обоих.

Недавно разработанные методы измерения мозговой активности позволяют ученым уточнить свои теории о том, что такое сознание, как оно формируется в мозгу и где проходит граница между сознательным и бессознательным. И по мере того, как наше понимание сознания улучшается, некоторые исследователи начинают разрабатывать стратегии манипулирования им, с возможностью лечения травм головного мозга, фобий и психических расстройств, таких как посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) и шизофрения.

Но даже по мере того, как исследования продвигаются вперед, а идеи из науки и философии продолжают объединяться, основные вопросы остаются без ответа. «До сих пор остается загадкой, как возникает сознание», — говорит Анил Сет, когнитивный и вычислительный нейробиолог и содиректор Центра науки о сознании им. Саклера в Университете Сассекса в Брайтоне, Великобритания.

Детективная история

Сознание часто описывается как субъективный опыт ума. В то время как базовый робот может бессознательно определять такие условия, как цвет, температура или звук, сознание описывает качественное чувство, связанное с этим восприятием, вместе с более глубокими процессами рефлексии, коммуникации и мышления, говорит Матиас Мишель, философ науки и исследователь. Аспирант Сорбоннского университета в Париже.

Ко второй половине девятнадцатого века ученые разработали программу изучения сознания, которая напоминает нынешние подходы, говорит Мишель. Но на протяжении большей части двадцатого века исследования приостанавливались, поскольку психологи отказывались от самоанализа, чтобы вместо этого сосредоточиться на наблюдаемом поведении и стимулах, которые его вызвали. Даже в 1970-х и 1980-х годах, когда когнитивная наука утвердилась, сознание оставалось спорной темой среди ученых, которые открыто задавались вопросом, является ли оно действительной областью научных исследований. В начале своей карьеры молекулярный биолог и лауреат Нобелевской премии Фрэнсис Крик хотел изучать сознание, но вместо этого решил работать над более осязаемыми тайнами ДНК.

В конце концов, выдающиеся ученые (включая Крика) все-таки решили заняться сознанием, что положило начало сдвигу в мышлении, резко возросшему в 1990-х годах благодаря растущей доступности технологий сканирования мозга, таких как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) и электроэнцефалография. (ЭЭГ). В этот момент ученые, наконец, приступили к серьезному поиску механизмов в мозгу, связанных с сознательной обработкой информации.

Последовала череда прорывов, включая случай с 23-летней женщиной, получившей тяжелую травму головного мозга в результате автомобильной аварии в июле 2005 г., в результате чего она оказалась в невосприимчивом состоянии, также известном как бодрствующее бессознательное состояние. Она могла открывать глаза и демонстрировала циклы сна и бодрствования, но не реагировала на команды и не демонстрировала признаков произвольного движения. Она все еще не отвечала пять месяцев спустя. В первом в своем роде исследовании Адриан Оуэн, нейробиолог из Кембриджского университета, Великобритания, а теперь из Западного университета, и его коллеги наблюдали за женщиной, использующей фМРТ, давая ей ряд словесных команд ¹ . Когда команда попросила ее представить игру в теннис, они заметили активность в части ее мозга, называемой дополнительной двигательной зоной. Когда они попросили ее представить, как она идет по дому, вместо этого активизировались три области мозга, связанные с движением и памятью. Исследователи наблюдали те же закономерности у здоровых добровольцев, которым давали идентичные инструкции.

Мозговая активность у людей в явно невосприимчивом состоянии может быть такой же, как у здоровых людей. Предоставлено: Адриан М. Оуэн

Открытие того, что некоторые люди, находящиеся в коме, проявляют признаки сознания, имело большое значение для неврологии, говорит Сет. Работа предполагала, что некоторые люди могли понимать речь и, возможно, общаться, даже когда казалось, что они не реагируют на врачей и членов семьи.

За годы, прошедшие после публикации исследования Оуэна, исследования людей с черепно-мозговыми травмами дали больше доказательств того, что сознание можно обнаружить у 10–20% людей, которые не реагируют. В 2010 году в исследовании использовалась фМРТ для мониторинга мозга 54 человек в Бельгии и Великобритании с тяжелыми черепно-мозговыми травмами 9. 0023 2 . Пятеро продемонстрировали признаки реакции мозга, когда им было предложено представить игру в теннис или прогулку по дому или городу — протокол, аналогичный тому, который был установлен командой Оуэна пятью годами ранее. Двое из этих пяти человек не продемонстрировали никакой осведомленности при обычных оценках у постели больного.

Ученые также начали тестировать способы обнаружения сознания без необходимости давать людям словесные инструкции. В серии исследований, начатых в 2013 г. ³ , нейробиолог Марчелло Массимини из Миланского университета и его коллеги использовали транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС) для создания электрических «эхо» в мозгу, которые можно записать с помощью ЭЭГ. Этот метод похож на постукивание по мозгу, точно так же, как человек может постучать по стене, чтобы измерить ее толщину, говорит Мартин Монти, нейробиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Пока человек находится под общей анестезией или во сне без сновидений, создаваемые им эхо-сигналы просты. Но в сознательном мозгу эхо-сигналы сложны и широко распространяются по поверхности коры головного мозга (внешний слой мозга). Работа может в конечном итоге привести к созданию инструмента, способного обнаруживать сознание даже у людей, которые не могут видеть, слышать или реагировать на словесные команды.

Местоположение, местоположение, местоположение

По мере того, как ученые становились все более искусными в обнаружении сознания, они начали определять, какие области и цепи мозга являются наиболее важными. Но до сих пор ведется много споров о том, что представляет собой сознание с точки зрения нейронов, с особыми разногласиями по поводу того, какие процессы и области мозга имеют наибольшее значение.

По крайней мере, с девятнадцатого века ученые знали, что кора головного мозга важна для сознания. Новые данные выявили заднюю корковую «горячую зону», которая отвечает за сенсорные переживания. Например, в исследовании сна 2017 года исследователи будили людей всю ночь, наблюдая за ними с помощью ЭЭГ 9. 0023 4 . Примерно в 30% случаев участники, которых встряхнуло ото сна, сообщали, что ничего не чувствовали непосредственно перед тем, как проснуться. Исследование показало, что у людей, не имевших сознательного опыта во время сна, перед пробуждением наблюдалось много низкочастотной активности в задней корковой области мозга. Однако у людей, сообщивших, что они видели сон, была меньше низкочастотная активность и больше высокочастотная активность. В результате исследователи предполагают, что, наблюдая за задней корковой горячей зоной человека во время сна, можно предсказать, спят ли они, и даже конкретное содержание их снов, включая лица, речь и движения.

Однако становится все более очевидным, что сознание не ограничивается только одной областью мозга. Задействуются различные клетки и пути, в зависимости от того, что воспринимается, или от типа задействованного восприятия. Изучение координации нейронных сигналов может помочь исследователям найти надежные признаки сознания. В исследовании 2019 года, в ходе которого были собраны данные фМРТ 159 человек, исследователи обнаружили, что по сравнению с людьми в состоянии минимального сознания и людьми, находящимися под наркозом, мозг здоровых людей имел более сложные паттерны скоординированных сигналов, которые также постоянно менялись 9.0023 5 .

Осталось много неизвестного. Ученые расходятся во мнениях относительно того, как следует интерпретировать результаты исследования, и определение того, находится ли человек «в сознании» или «вне сознания», представляет собой задачу, которая отличается от наблюдения за тем, что происходит в мозге, когда он осознает различные типы информации. Тем не менее исследования работы мозга на различных уровнях сознания начинают предлагать альтернативные взгляды на мозг на механистическом уровне. Есть надежда, говорит Сет, на то, что исследователи сознания смогут «перейти к психиатрии двадцать первого века, где мы сможем более конкретно вмешиваться в механизмы устранения конкретных симптомов».

Ремонт и лечение

Попытки вмешательства предпринимаются, и люди с черепно-мозговыми травмами могут быть в числе первых, кто получит пользу. Например, на основе исследований, указывающих на то, что таламус играет важную роль в сознании, Монти и его коллеги экспериментировали с неинвазивной техникой, использующей ультразвук для стимуляции этой области мозга у людей с повреждением головного мозга.

Они провели первое испытание процедуры на 25-летнем мужчине, находившемся в коме после автомобильной аварии 19днями ранее. В течение 3 дней мужчина восстановил способность понимать язык, реагировать на команды и отвечать на вопросы «да-нет» жестами головы. Пять дней спустя он пытался ходить.

История болезни ⁶ , опубликованная в 2016 году, дает понять, что его выздоровление могло быть случайностью — люди часто выходят из комы спонтанно. Но неопубликованные последующие работы показывают, что ультразвуковой подход, вероятно, имеет значение. С тех пор команда Монти провела процедуру стимуляции таламуса у человека с черепно-мозговой травмой, который несколько лет назад попал в автомобильную аварию. Пациент долгое время находился в состоянии минимального сознания, в котором люди проявляют некоторые признаки осознания своего окружения или самих себя. Через несколько дней после экспериментального лечения жена мужчины спросила его, узнает ли он конкретных людей на семейных фотографиях. Он мог достоверно ответить «да», посмотрев вверх, и «нет», посмотрев вниз. Монти вспоминает, как навестил пациента и его жену вскоре после процедуры. «Она посмотрела на меня и даже не поздоровалась. Она сказала: «Я хочу еще», — говорит Монти. Это был первый раз, когда она разговаривала с мужем после аварии.

Галлюцинация, созданная алгоритмом машинного обучения, который имитирует измененное зрительное восприятие. Предоставлено: Кейсуке Судзуки/Унив. Сассекс

Монти и его коллеги обнаружили такие же обнадеживающие результаты у нескольких других людей, находящихся в постоянной коме, но неясно, сохраняются ли преимущества более чем на несколько недель, прежде чем реципиенты вернутся в исходное состояние. Работа команды продолжается, и в настоящее время исследователи пытаются выяснить, продлит ли повторение лечения положительный эффект. «Я действительно думаю, что это окажется возможным способом помочь пациентам выздороветь», — говорит Монти. «Кто-то однажды назвал это запуском мозга. Мы не торопимся, но метафора уместна».

Дальнейшее проникновение в механизмы сознания может привести к более эффективному лечению тревоги, фобий и посттравматического стрессового расстройства, предполагает работа Хаквана Лау, нейробиолога из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, и его коллег. Стандартным подходом к лечению страхов является экспозиционная терапия, которая подталкивает людей постоянно сталкиваться с тем, что пугает их больше всего. Но такое лечение неприятно, и процент отсева может достигать 50% и более.

Вместо этого команда Лау пытается перепрограммировать бессознательное, используя технику, основанную на фМРТ, которая вознаграждает людей за активацию определенных областей мозга. В двойном слепом испытании исследователи попросили 17 человек увеличить точку на экране компьютера, используя любую ментальную стратегию 9.0023 7 . Чем больше они смогут сделать, тем больше денег им заплатят за завершение исследования. Участники могли думать о чем угодно. Чего они, однако, не знали, так это того, что точка будет расширяться только тогда, когда они активируют части своего мозга, которые, согласно предыдущим наблюдениям, сделанным в большей группе людей, активизировались, когда они видели изображения животных, которых они интересовали. боятся, например, пауков или змей.

Со временем участники стали лучше активировать правильные части своего мозга, но сознательно не думали о вызывающих страх существах. После эксперимента потливость ладоней людей — черта, отражающая их уровень стресса — в ответ на наблюдение за этими животными уменьшилась. Активация миндалевидного тела, области мозга, которая реагирует на угрозы, также была снижена. Эта техника, казалось, перепрограммировала реакцию мозга на страх вне сознательного понимания участников.

Лау и его коллеги тестируют эту процедуру на людях с фобиями и в конечном итоге надеются использовать ее для лечения посттравматического стрессового расстройства. Но техника имеет значительное ограничение. Несмотря на уменьшение физических симптомов, похоже, что это не влияет на отношение людей к паукам и змеям. «Если вы спросите пациентов, действительно ли они боятся, — говорит Лау, — они ответят «да».

В конечном счете, для борьбы со страхом может потребоваться воздействие как на бессознательные, так и на сознательные пути, которые работают в мозге по-разному, говорит Джозеф Леду, нейробиолог из Нью-Йоркского университета в Нью-Йорке. Бессознательный путь, по его словам, выходит из миндалевидного тела. Но эти запрограммированные реакции на угрозы, считает он, вовсе не следует рассматривать как страх. Вместо этого сознательное переживание страха исходит из когнитивного осознания и эмоциональной интерпретации ситуации. Возникающие в результате переживания не сосредоточены на миндалевидном теле. Леду говорит, что разница очевидна у слеповидящих людей, которые не могут сознательно воспринимать визуальные стимулы, но действуют так, как будто могут. При появлении угрозы они проявляют активность миндалевидного тела вместе с физическими реакциями. Но они не сообщают о страхе.

Это отключение может также помочь понять, почему современные лекарства от беспокойства не всегда работают так, как надеются люди, говорит Леду. Эти лекарства, разработанные в ходе исследований на животных, могут воздействовать на цепи миндалевидного тела и влиять на поведение человека, например, на его уровень робости, облегчая ему посещение общественных мероприятий. Но такие препараты не обязательно влияют на сознательное переживание страха, что говорит о том, что в будущем при лечении, возможно, потребуется отдельно воздействовать как на бессознательные, так и на сознательные процессы. «Мы можем использовать подход, основанный на мозге, который рассматривает эти разные виды симптомов как продукты разных цепей, и разрабатывать методы лечения, которые систематически воздействуют на разные цепи», — говорит он. «Уменьшение громкости не меняет песню — только ее уровень».

Психические расстройства являются еще одной областью интересов исследователей сознания, говорит Лау, на том основании, что некоторые состояния психического здоровья, включая шизофрению, обсессивно-компульсивное расстройство и депрессию, могут быть вызваны проблемами на бессознательном уровне или даже конфликтами. между сознательными и бессознательными путями. Пока эта связь только гипотетическая, но Сет исследует нейронную основу галлюцинаций с помощью «машины галлюцинаций» — программы виртуальной реальности, которая использует машинное обучение для имитации зрительных галлюцинаций у людей со здоровым мозгом. С помощью экспериментов он и его коллеги показали, что эти галлюцинации напоминают типы видений, которые люди испытывают при приеме психоделических препаратов, которые все чаще используются в качестве инструмента для исследования нейронных основ сознания.

Если исследователи смогут раскрыть механизмы, лежащие в основе галлюцинаций, они смогут манипулировать соответствующими областями мозга и, в свою очередь, лечить основную причину психоза, а не просто устранять симптомы. Показывая, как легко манипулировать человеческим восприятием, добавляет Сет, работа предполагает, что наше чувство реальности — это просто еще одна грань того, как мы воспринимаем мир.

В поисках легитимности

Каждый год десятки тысяч людей в Соединенных Штатах приходят в сознание под общим наркозом. Они не могут двигаться или говорить, но могут слышать голоса или звуки оборудования и чувствовать боль. Этот опыт может быть травмирующим и чреват этическими и юридическими последствиями для лечащих врачей. Некоторые ученые работают над продвижением рекомендаций по общению с невосприимчивыми пациентами, а также способов поиска признаков дискомфорта у таких людей. И они призывают к разработке улучшенного обучения и законов, чтобы иметь дело с возможностью того, что альтернативные способы обнаружения сознания изменят определение информированного согласия на медицинские процедуры.

Исследователи также начинают добиваться лучшего информирования общественности о том, чего может и чего не может достичь наука о сознании. Мишель говорит, что заявления, не подкрепленные эмпирическими данными, получили широкое распространение в исследованиях сознания. В частности, одна из них, названная теорией интегрированной информации, получила много частного финансирования и внимания средств массовой информации, хотя и была отвергнута им и другими экспертами в этой области. В ходе неофициального опроса 249 исследователей в 2018 году Мишель и его коллеги обнаружили, что около 22% из тех, кто не публиковал статьи и не посещал крупные собрания по сознанию — и поэтому считались неспециалистами — доверяли теории интегрированной информации 9.0023 8 . Мишель подозревает, что в этом может быть виноват «эффект гуру», поскольку неспециалисты считают, что сложные и неясные заявления, сделанные умными людьми, которые проецируют авторитет, с большей вероятностью будут правдой, чем более простые идеи. «В каком-то смысле кажущаяся сложность теории используется в качестве показателя вероятности ее истинности», — говорит Мишель. «Они на самом деле не понимают этого, но приходят к выводу, что если бы они поняли это, то, вероятно, считали бы это правильной теорией сознания».

Еще из Nature Outlooks

Чтобы укрепить легитимность науки о сознании и поощрить принятие научно обоснованных идей, он и группа из 57 его коллег из разных дисциплин, включая Сета, Лау, Гудейла и Леду, продолжили неофициальное исследование, опубликовав статью 2019 года. который рассмотрел состояние поля ⁹ . Его выводы были неоднозначными. Они написали, что исследования сознания еще не признаны Национальным институтом психического здоровья США в качестве стратегически ориентированной области. Создание рабочих мест в этой области отстает от других зарождающихся дисциплин, таких как нейроэкономика и социальная нейробиология. А государственное финансирование, особенно в Соединенных Штатах, было относительно скудным. Но некоторые области привлекают внимание. С середины 2000-х годов Национальные институты здравоохранения США предоставили несколько крупных грантов для поддержки исследований, посвященных, помимо других важных тем, неврологическим различиям между сознанием и нахождением в коме, бодрствованием и сном. Такие исследования могли бы дать представление о нейронных подписях сознания. Некоторые крупные частные благотворительные фонды и организации также поддерживают исследования больших идей в сознании, говорит Гудейл, который получает финансирование от одной из таких благотворительных организаций, Канадского института перспективных исследований в Торонто.

По мере накопления финансирования и публикаций у ученых появляется все больше возможностей сделать исследования сознания разумной — если не центральной — частью их исследовательского плана, — говорит Сет. «Произошла общая ассимиляция сознания в рамках стандартной практики нейробиологии, психологии и медицины», — говорит он. «Он стал более нормальным, и это хорошо».

Путешествие к источнику сознания

Марк Солмс — южноафриканский психоаналитик, заведующий кафедрой нейропсихологии в Кейптаунском университете и больнице Гроот Шур. Он опубликовал более 250 научных статей и шесть книг, в том числе Нейропсихология сновидений (1997) и Мозг и внутренний мир (2002).

Ниже Марк делится 5 ключевыми выводами из своей новой книги «Скрытый источник: путешествие к источнику сознания» (доступна на Amazon). Загрузите приложение «Следующая большая идея», чтобы наслаждаться аудиокнигами «Книжные кусочки», а также «Идеи дня», эпизодами подкастов без рекламы и многим другим.

Next Big Idea Club · Скрытый источник: путешествие к источнику сознания

1. Сознание не там, где вы думаете.

Хотя распространено мнение, что кора головного мозга является источником человеческого сознания, многие клинические данные свидетельствуют о том, что это не так. У детей, рожденных без коры головного мозга, проявляются многие признаки сознания, как и у взрослых, кора которых серьезно повреждена. Например, однажды я попросил одного такого пациента решить задачу, которая требовала от него мысленного представления ситуации. «Представьте, что у вас есть две собаки и одна курица», — сказал я. — А теперь скажи мне, сколько всего ног ты видишь? — Восемь, — сказал он, к моему разочарованию. «Две собаки съели курицу». Эта маленькая шутка ясно указывает на присутствие разумного человека, несмотря на его сильно поврежденную кору.

Другие эксперименты показывают, что большая часть активности, происходящей в коре головного мозга — даже чтение написанных слов — происходит без нашего осознания этого. Таким образом, даже если кора головного мозга отвечает за мышление, мой вывод состоит в том, что сознание находится в другом месте.

«Через чувства мы регулируем свое поведение в соответствии с системой ценностей, лежащей в основе всей жизни».

2. Все сознание возникает из ствола мозга и начинается с чувств.

В то время как у людей с поврежденной или даже отсутствующей корой головного мозга проявляются многие признаки сознания, даже небольшое повреждение части ствола мозга, называемой ретикулярная активирующая система надежно стирает сознание. Электрическая стимуляция этой области вызывает у субъектов интенсивные эмоциональные состояния, а сканирование мозга показывает активность в этой области, когда человек испытывает сильные чувства, такие как радость, страх, печаль или гнев. Большинство препаратов, которые психиатры используют сегодня для лечения эмоциональных расстройств, воздействуют на эти нейротрансмиттерные системы ствола мозга.

Таким образом, я заключаю, что самая основная форма сознания связана с этой частью мозга и переживается как чувства . Чувства составляют основу более когнитивного типа сознания. Хотя большая часть ваших мыслей на самом деле происходит бессознательно, вы всегда осознаете свои чувства. Кто-нибудь слышал о чувстве, которого ты не чувствуешь?

3. Чувства развивались так же, как и все другие биологические функции.

Влиятельный философ Дэвид Чалмерс, придумавший термин «сложная проблема сознания», предполагает, что существование опыта от первого лица нельзя объяснить обычными механистическими законами, которые мы используем для объяснения функций организма. Но все данные свидетельствуют о том, что жизнь возникла задолго до того, как появился мозг, и что сознание является функцией этого мозга. Следовательно, должна была быть заря сознания, и сознание должно было развиться по естественным научным законам из вещей, существовавших до него. Альтернативная точка зрения Чалмерса о том, что сознание каким-то образом является фундаментальным свойством вселенной, звучит для меня бесполезно как идея Бога.

«То, что я не могу создать, я не понимаю».

4. Чувства подчиняются законам природы.

Чувства подчиняются законам гомеостаза , самому основному механизму, с помощью которого все живые существа остаются в физиологически жизнеспособных пределах. Чувства говорят нам, насколько хорошо или плохо мы справляемся с этим биологическим императивом; отклонения от наших физически жизнеспособных границ неприятны, а возвращение к ним — приятно. Таким образом, через чувства мы регулируем свое поведение в соответствии с той системой ценностей, которая лежит в основе всей жизни, — что выжить хорошо, а не выжить — плохо. Нащупывая путь через жизненные проблемы, мы можем делать выбор, что, в свою очередь, позволяет нам выживать в неожиданных условиях и новых ситуациях.

5. Сознание можно спроектировать.

Если моя теория верна, мы можем разработать вероятностные математические уравнения, чтобы объяснить, как возникли сознательные чувства. Затем мы сможем реализовать эти уравнения в искусственной самоорганизующейся системе и тем самым сделать систему сознательной. Когда лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман умер, он оставил на своей доске следующее высказывание: «То, что я не могу создать, я не понимаю». Я с ним согласен, поэтому считаю, что попытка создать искусственное сознание — необходимая проверка моей теории. В настоящее время я возглавляю группу физиков и специалистов по информатике, которые пытаются создать искусственную форму сознания, систему, которая может чувствовать свое собственное состояние и делать соответствующий выбор. Я верю, что успешная разработка этой системы неизбежна, и поэтому активно обсуждаю этические проблемы, которые поднимают эти эксперименты. Сейчас это явно та область науки, которая таит в себе столько же опасностей, сколько и ядерная физика. Его использование должно быть тщательно регламентировано.

Чтобы узнать больше о книгах, загрузите приложение Next Big Idea сегодня:

Где находится сознание в мозгу? Новое открытие помогает точно определить его местоположение

Исследователи использовали «карты мозга» мыши, чтобы точно определить сознание.

Недавнее исследование выявило ядра сети мозга с сильными двунаправленными связями.

Возможно, наука приближается к выяснению того, где находится сознание в мозгу. Новое исследование демонстрирует значение определенных видов нейронных связей в идентификации сознания.

Джун Китазоно, автор-корреспондент исследования и исследователь проекта в Департаменте общих системных исследований Токийского университета, провел исследование, которое было опубликовано в журнале Cerebral Cortex .

«Где находится сознание — один из самых больших вопросов в науке», — сказал доцент Масафуми Оидзуми, автор-корреспондент и руководитель лаборатории, проводившей исследование. «Хотя мы не пришли к окончательному ответу, в ходе поиска минимальных механизмов, достаточных для сознательного опыта, или нейронных коррелятов сознания было накоплено много эмпирических данных».

Было высказано предположение, что часть сети мозга, поддерживающая сознательные области мозга, должна быть двунаправленно связана, потому что для сознательного опыта необходимы как процессы прямой связи, так и процессы обратной связи. Например, предыдущие исследования визуального восприятия показали, что сознательное восприятие не возникает, когда есть только обработка с прямой связью, тогда как оно возникает, когда есть обратная связь, а также обработка с прямой связью. Предоставлено: © 2022 Jun Kitazono

Исследователи сделали шаг к открытию минимально достаточных подсетей в мозге, которые поддерживают сознательный опыт.

Исследователи искали один конкретный признак сознания в нейронных сетях мозга, двунаправленных путях, чтобы точно определить части мозга, в которых находится сознание. Наш мозг обрабатывает информацию, когда мы что-то видим или переживаем. Это известно как сигнал прямой связи, однако получения таких сигналов недостаточно для сознания. Наш мозг также должен передавать нам информацию в так называемой обратной связи. Не каждая область мозга может получать информацию и реагировать на нее. Исследователи выдвинули гипотезу, что эти двунаправленные связи являются важным признаком частей мозга, отвечающих за сознание.

Предлагаемый алгоритм может иерархически разложить всю сеть на часть сети с самыми сильными двунаправленными соединениями, часть со вторыми по силе и так далее по цепочке. Фото: © 2022 Jun Kitazono

скорее, также необходима обратная связь, указывающая на необходимость двунаправленной обработки. Компонент обратной связи исчезает не только во время потери определенного содержания сознания в бодрствующих состояниях, но и во время бессознательных состояний, когда сознательные переживания обычно теряются, таких как общая анестезия, сон и вегетативные состояния», — сказал Китазоно. Он также объяснил, что не имеет значения, смотрите ли вы на человека, обезьяну, мышь, птицу или муху; двунаправленность обработки остается существенной.

Исследователи использовали коннектом мыши и вычислительные методы, чтобы проверить свою идею. Коннектом — это подробная карта соединений в мозге. Во-первых, они разработали эффективный алгоритм для выделения частей мозга с сильными двунаправленными связями, называемыми комплексами. Затем они применили алгоритм к коннектому мыши.

Традиционная неврология изучала взаимосвязь того, какая мозговая активность r возникает в ответ на внешний раздражитель s (например, изображение яблока). Если мы запишем это отношение, используя функцию f, как r=f(s), мы можем сказать, что выяснение функции f является основным исследованием, которым занимается традиционная нейронаука. Такие исследования открыли многое о механизме обработки информации, то есть о том, как мозг обрабатывает информацию от внешних раздражителей. С другой стороны, наш мозг не только обрабатывает информацию из внешнего мира, но и производит субъективный опыт «видения яблока». Конечная цель лаборатории Оидзуми — теоретически понять субъективный опыт и сознание, производимые мозгом: то есть прояснить функцию g, которая связывает активность мозга r и сознание С, где С — сознание, создаваемое мозговой активностью r (С =g(r)). Фото: © 2022 Масафуми Оидзуми

«Мы обнаружили, что извлеченные комплексы с наибольшей двунаправленностью не были равномерно распределены между всеми основными областями, а скорее сконцентрированы в областях коры и таламуса», — сказал Китазоно. «С другой стороны, регионы в других крупных регионах имеют низкую двунаправленность. В частности, области мозжечка имеют гораздо более низкую двунаправленность».

Эти результаты согласуются с тем, где, как давно считали ученые, находится сознание в мозгу. Кора головного мозга, расположенная на поверхности мозга, содержит сенсорные области, моторные области и ассоциативные области, которые, как считается, необходимы для сознания. Таламус, расположенный в середине мозга, также считался связанным с сознанием, и, в частности, взаимодействие между таламусом и областями коры, называемое таламокортикальной петлей, считается важным для сознания. Эти результаты подтверждают идею о том, что двунаправленность в сети мозга является ключом к определению места сознания.

Исследователи подчеркнули, что они все еще работают над определением места сознания.

«Это исследование сосредоточено только на «статических» анатомических связях между нейронами или областями мозга. Однако сознание «динамично», меняясь от момента к моменту в зависимости от нейронной активности», — сказал Оидзуми. «Хотя анатомические связи говорят нам, как будет распространяться нейронная активность и как будут взаимодействовать области мозга, нам необходимо непосредственно исследовать динамику нейронной активности, чтобы определить место сознания в любой момент».

В качестве следующего шага, сказал он, команда в настоящее время анализирует сети мозга, основанные на деятельности, в различных типах нейронных записей.

«Конечная цель нашей лаборатории — найти математическую взаимосвязь между сознанием и мозгом», — сказал Оидзуми. «В этом исследовании мы попытались связать сетевые свойства мозга с местом сознания.