Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли - Станислас Деан

В настоящее время метод Массимини дает потрясающие результаты. Поначалу Массимини исследовал с его помощью здоровых людей, находившихся в состоянии бодрствования, сна и под анестезией. В период отсутствия сознания импульс ТМС вызывал лишь краткую очаговую активность, которая прекращалась спустя примерно 200 миллисекунд. Когда же участник эксперимента находился в сознании или даже предавался мечтам, тот же самый импульс вызывал в мозгу сложную цепочку активности. Место подачи стимула, по-видимому, роли не играло: в какой бы точке он ни попал в кору, в мозгу сразу же начиналась сложная и длительная реакция, явственно свидетельствовавшая о наличии сознания40. Это наблюдение вполне согласуется с тем, что наблюдали мы с моей командой во время сенсорной стимуляции: если сигналы распространяются по охватывающей весь мозг сети более 300 миллисекунд, это говорит о наличии сознания.

Затем Массимини перешел к наиболее важной части эксперимента и испытал свою аппаратуру на пяти пациентах в вегетативном состоянии, пяти — в состоянии минимального сознания и двух — в псевдокоме41. Цифры невелики, но результат был стопроцентный: все находящиеся в сознании пациенты продемонстрировали длительную и сложную реакцию на поданный в кору импульс. За состоянием пяти пациентов в вегетативном состоянии следили в течение нескольких месяцев после эксперимента. В течение этого времени трое из них перешли в категорию минимального сознания и постепенно вернули себе часть коммуникативных возможностей. Это были те самые три пациента, у которых наблюдались сложные сигналы мозга. В полном соответствии с моделью глобального рабочего пространства, характер продвижения этих сигналов по префронтальной и височной коре служил особенно достоверным индикатором уровня сознания пациента.

Так ли полезен тест Массимини, станет ли он стандартным клиническим средством для проверки наличия сознания у пациентов — покажет будущее. Пока что самое удивительное в этом тесте то, что он всегда срабатывает. Правда, он опять-таки требует сложной аппаратуры, а далеко не у каждой больницы имеется ЭЭГ-система высокой плотности, способная поглотить мощные сигналы, генерируемые транскраниальным магнитным стимулятором. Теоретически здесь должно быть гораздо более простое решение. Если гипотеза глобального рабочего пространства верна, тогда даже в темноте, в отсутствие какой-либо внешней стимуляции, находящийся в сознании человек продемонстрирует явственно различимый автограф церебральных коммуникаций через большие расстояния. Постоянный поток активности мозга должен охватить префронтальную и теменную доли и генерировать периоды синхронных колебаний в отдаленных уголках мозга. Эта активность должна сопровождаться повышенной электрической активностью, особенно на средних (бета) и высоких (гамма) частотах. При такой трансляции на большие расстояния должно потребляться большое количество энергии. Нельзя ли просто засечь эту энергию?

На самом деле нам давно уже известно, что, когда человек теряет сознание, скорость обмена веществ в тканях мозга падает — это можно измерить с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Сканер ПЭТ — это сложный детектор высокоэнергетических гамма-лучей, который можно использовать для того, чтобы измерить, сколько глюкозы (химического источника энергии) поглощается в той или иной части тела. Делается это так: пациенту вводят помеченные радионуклидом частицы глюкозы, а затем с помощью сканера отслеживают пики распада радиоактивного вещества. Пики возникают именно там, где мозг потребляет глюкозу. Результаты поражают: у здорового человека под воздействием анестезии или глубокого сна потребление глюкозы в коре головного мозга падает на 50 процентов. Аналогичное снижение потребления энергии характерно также для комы и для вегетативного состояния. В начале 1990-х команда Стивена Лори в Льеже получила поразительные изображения аномалий мозгового метаболизма, наблюдающихся у пациентов в вегетативном состоянии (рис. 32)42.

Рисунок 32. Бессознательному состоянию, сопряженному с медленным сном, анестезией или вегетативным состоянием, соответствует снижение скорости обмена веществ во фронтальной и теменной коре. Активность может снижаться и в других областях, однако именно в областях, составляющих глобальное нейронное рабочее пространство, потребление энергии при потере сознания резко падает, причем опыт можно воспроизвести

Следует заметить, что в разных областях мозга усвоение глюкозы и кислородный обмен веществ падают по-разному. Потеря сознания, по всей видимости, влечет за собой подавление активности билатеральных областей префронтальной и теменной коры, а также таких средних структур мозга, как поясная область и предклинье. Эти области почти полностью совпадают с нашей сетью глобального рабочего пространства и имеют наибольшее количество кортикальных проекций — еще одно подтверждение того, что эта система рабочего пространства особенно важна для сознательного опыта. На строение и обмен веществ в других областях сенсорной и моторной коры потеря сознания, даже полная, может никак не повлиять43. Так, если у пациента в вегетативном состоянии случайным образом меняется выражение лица, в передних моторных зонах его мозга при этом наблюдается обычная для таких случаев активность. За прошедшие двадцать лет был зафиксирован случай, когда пациент произносил случайные слова, делая это явно неосознанно и без какой-либо связи с происходящим вокруг. Нейронная активность и метаболизм наблюдались у него лишь в небольших изолированных областях коры в языковой зоне левого полушария. Конечно, случайной активности такого рода было недостаточно для достижения сознательного состояния — тут потребовалась бы более обширная сеть.

К сожалению, одного наличия процессов обмена веществ в мозгу мало, чтобы с уверенностью говорить о наличии или отсутствии остаточного сознания. У некоторых вегетативных пациентов сохраняется практически нормальный кортикальный метаболизм; по всей видимости, в их случае травма затрагивает лишь верхние структуры промежуточного мозга, но не кору. И наоборот (что еще важнее), у многих пациентов в вегетативном состоянии после частичного восстановления и перехода в состояние минимального сознания нормальный обмен веществ оказывается нарушен. Сравнивая изображения мозга до и после восстановления, мы можем видеть, что в областях рабочего пространства потребление энергии возросло, но ненамного. Возможно, обмен веществ не может восстановиться из-за необратимого повреждения коры. Но даже самые подробные изображения травм, полученные с помощью лучших аппаратов для МРТ, не дают полного ответа44 и не позволяют вычленить абсолютно надежные признаки наличия сознания. Одних лишь отображений обмена веществ или строения мозга недостаточно для того, чтобы точно зафиксировать лежащий в основе сознания нейронный обмен информацией.

Стремясь получить более совершенный детектор наличия остаточного сознания, мы с моими коллегами Жаном Реми Кингом, Джакобо Ситтом и Лайонелом Наккашем вернулись к идее использования элементарного ЭЭГ в качестве маркера кортикальной коммуникации45. Команда Наккаша сделала почти 200 записей с высокой плотностью, сняв данные с 256 электродов, следящих за электрической активностью мозга вегетативных пациентов, пациентов в состоянии минимального и полного сознания. Можно ли использовать эти данные для того, чтобы точно определить, какие объемы информации циркулируют в коре? Порывшись в научных работах, Ситт — гениальный физик и одновременно компьютерщик и психиатр — предложил великолепную идею. Он разработал программу для быстрого получения численного показателя под названием «взвешенный показатель символической трансинформации», который был разработан для оценки количества информации, которой обмениваются между собой два участка мозга46.