Мозг и сознание - Кэролайн Уилльямс

Уровень сознания

Что в мозге обуславливает наличие или отсутствие сознания? На самом примитивном уровне в мозге есть, по крайней мере, один переключатель «вкл./выкл.» – интраламинарные ядра таламуса, часть таламуса, расположенного в самом центре головного мозга над его стволом. При повреждении этой части мозга сознание полностью отключается. По-видимому, важную роль в том, находимся ли мы в сознании или же бодрствуем, но без сознания, также играет ограда (клауструм), тонкая пластинка серого вещества глубоко внутри мозга (см. далее).

Зона наилучшего восприятия для сознания?

В какой-то момент вы в сознании, а в следующий – уже нет. Может ли в реальности существовать такой переключатель сознания в мозге? Похоже, так оно и есть. В 2014 году исследователи смогли включить и выключить сознание женщины, стимулируя одну небольшую область ее мозга.

Пациентке, которой проводилась эксплоративная операция с целью локализации источника эпилептических припадков, ввели электрод рядом со скрытой глубоко внутри мозга тонкой пластинкой серого вещества, называемой оградой. Данную область мозга никогда ранее не стимулировали.

Когда исследователи стали стимулировать эту область высокочастотными электрическими импульсами, женщина потеряла сознание. Она перестала читать и безучастно смотрела в пространство, не отвечала на слуховые или зрительные команды, а ее дыхание замедлилось. Как только стимуляция прекратилась, она сразу же пришла в сознание без малейшего воспоминания о произошедшем.

Несмотря на то что эксперимент пока был проведен только на одном человеке, это открытие свидетельствует, что ограда играет важную роль в поддержании уровня сознания. Сторонник этой гипотезы Кристоф Кох из Института по изучению мозга им. Пола Аллена в Сиэтле считает, что ограда работает как своего рода проводник сознания, объединяя информацию, поступающую в разное время из разных областей мозга. В 2017 году эта теория получила дальнейшее подтверждение: в мозге мыши были открыты три длинных нейрона, тела которых расположены в ограде, а дендриты опутывают почти весь мозг, пронизывая на своем пути множество важных областей.

Рис. 2.1. Ограда расположена глубоко в мозге и может связывать наши ощущения в единое целое

Однако все согласны, что для сознания характерно нечто большее, чем простое различие между включением и выключением. Мы знаем, например, что человек может спать, переживая состояние, аналогичное нормальному бодрствованию. С другой стороны, человек в постоянном вегетативном состоянии может физически бодрствовать без каких бы то ни было признаков сознания.

Складывается картина, что несмотря на наличие некоторых важных областей мозга и типов клеток, вовлеченных в работу сознания, общее состояние зависит от того, как согласовывается деятельность всего мозга в пространственных и временны́х координатах.

Итак, как же количественно измерить уровень сознания? Одно очень перспективное решение предложил Марчелло Массимини из Миланского университета. Он и его коллеги разработали метод, при котором мозг стимулируют электромагнитным импульсом (с использованием так называемой транскраниальной магнитной стимуляции, или ТМС), а затем измеряют, как волны активности распространяются по мозгу. Это делают с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ) – измерения электрической активности мозга, регистрируемой электродами на поверхности кожи головы. Импульс действует как удар в колокол, и нейроны по всему мозгу продолжают «звенеть» с определенным волновым паттерном, который зависит от активности связей между отдельными клетками мозга.

Проанализировав сложность этих волновых паттернов реакции мозга, Массимини и его команда предложили число от нуля до единицы, которое они назвали индексом сложности пертурбаций (ИСП). У людей в вегетативном состоянии, которые не реагируют на импульс и, вероятно, не находятся в сознании, показатель ИСП близок к нулю. По данным одного исследования, уровень ИСП = 0,3 является порогом, по-видимому, отделяющим состояния наличия сознания от его отсутствия.

В последующих исследованиях использовали только измерение ЭЭГ – без электромагнитной стимуляции – чтобы понять, можно ли отдельно применять показатели сложности для определения уровня сознания. Если упростить, эти показатели количественно измеряют, насколько импульсы мозга разнообразны, или непредсказуемы. Как оказалось, показатель спонтанной сложности также последовательно снижается от уровня, наблюдаемого при бодрствующем отдыхе, через мягкую седацию и до полной общей анестезии. Схожим образом исследования пациентов с электродами, имплантированными в мозг для локализации источника эпилептических припадков, показали общее снижение сложности при засыпании. Интересно, что во время быстрого сна (или фазы быстрого движения глаз – БГД), когда люди видят сны, сложность динамики работы их мозга соответствует таковой при нормальном сознательном бодрствовании – а значит, эти показатели сложности отражают именно специфические уровни сознания, а не просто физиологические изменения в работе мозга.

Что касается «высших» состояний сознания, то в некоторых недавних исследованиях с помощью магнитоэнцефалографии (МЭГ – измеряет магнитные поля, возникающие во время активности мозга) изучали динамику работы мозга при употреблении психоактивных веществ, таких как ЛСД, псилоцибин и кетамин. В сравнении с исходным состоянием эти вещества, по-видимому, действуют как полная противоположность анестезии или засыпанию. Похоже, что они повышают уровень сложности мозговой активности – такое наблюдается впервые. Может ли это быть признаком достижения некоторой «вершины» сознания? Повышенного уровня сознания? Говорить об этом с уверенностью слишком рано, однако это многообещающая область для будущих исследований.

Все эти способы измерения уровня сознания связаны с набирающей популярность теорией сознания, называемой теорией интегрированной информации, или ТИИ, которую разработал нейробиолог Джулио Тонони из Висконсинского университета (см. «Интеграция порождает осознанность?»). Однако существующие сегодня методы, подобные вышеупомянутым, дают лишь грубые приближения к теории. А для любой реальной системы измерение интегрированной информации во всей ее полноте пока что практически невозможно.

Интеграция порождает осознанность?

Наши переживания, связанные с восприятием цвета, формы и звука, существуют не по отдельности, а как полностью интегрированное целое. Джулио Тонони, нейробиолог из Висконсинского университета в Мэдисоне, выдвинул теорию, описывающую этот процесс. Он утверждает: для того, чтобы система обладала сознанием, она должна интегрировать информацию таким образом, чтобы целое несло в себе большее количество информации, чем сумма его частей. Для сознания интегрированная информация не может быть редуцирована до более мелких составляющих. Когда вы воспринимаете красный треугольник, мозг не может запечатлеть этот объект как бесцветный треугольник в совокупности с бесформенным пятном красного цвета.