Ученые и философы давно пытаются объяснить, как мозг генерирует сознательный опыт. Некоторые сомневаются, что объективные инструменты науки могут когда-либо справиться с явлением, которое настолько субъективно. Тем не менее, у исследователей уже есть несколько интересных идей о том, почему возникло сознание. Каждый из нас знает, что обладает сознанием, то есть мыслями, восприятием и чувствами, но мы не можем доказать это никому другому. Только у нас есть доступ к таинственной сущности, которая позволяет нам испытывать эти чувства, мыслить и воспринимать. В 1990-х годах философ Дэвид Чалмерс назвал эту недоступность для внешнего, объективного контроля «трудной проблемой сознания». Он предположил, что более легкой задачей для ученых будут его «нейронные корреляты» — где и как меняется активность мозга, когда люди переживают сознательный опыт. Три измерения сознания Сознание имеет несколько отдельных измерений, определяемых учеными: • бодрствование или физиологическое возбуждение; • осознанность или способность иметь сознательный ментальный опыт, включая мысли, чувства и восприятие; • сенсорная организация, или то, как индивидуальное восприятие и более абстрактные понятия сплетаются воедино, создавая цельный сознательный опыт. Эти три измерения взаимодействуют, создавая наше общее состояние сознания. Например, когда мы бодрствуем, мы находимся в состоянии высокой степени осознанности, но когда мы погружаемся в сон, и бодрствование, и осознанность ослабевают. Осознанность и физиологическое возбуждение возвращаются во время фазы быстрого сна, именно тогда наиболее вероятно появление ярких сновидений. Но эти сенсорные переживания в основном не связаны с внешними стимулами и отделены от понятий, которые привязывают нас к реальности, когда мы бодрствуем. Аналогичным образом измененные состояния сознания, например, вызванные психоделическими наркотиками или низким уровнем кислорода, включают естественный уровень возбуждения, но дезорганизованный сенсорный опыт. У людей, находящихся в коме или под наркозом, уровень бодрствования и осознанности может быть даже ниже, чем во время фазы медленного сна. Между тем, в странном гибридном состоянии сознания, называемом вегетативное состояние, пациенты проходят ежедневные циклы сна и бодрствования, но без каких-либо признаков осознанности. Нейронные корреляты сознания Такие методы, как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) и электроэнцефалография (ЭЭГ), позволяют выявить нейронную активность, сопровождающую эти состояния. Ученые выявляют паттерны активности с помощью показателей функциональной связности, используя статистические методы для выявления корреляций между временем нейронных событий в различных частях мозга. Это позволяет выявить сети областей мозга, которые участвуют, например, в рабочей памяти, внимании и блуждании ума. Объединив данные фМРТ и ЭЭГ, исследователи обнаружили, что активность глубоко в мозге, в таламусе, меняется во время бодрствования в соответствии с активностью в сети пассивного режима работы мозга. Таламус работает как сенсорная ретрансляционная станция, а сеть пассивного режима работы мозга — это набор областей в коре головного мозга (самом внешнем слое мозга), которые тесно связаны с блужданием ума и самосознанием. В противоположность этому, во время фазы медленного сна и под наркозом функциональная связь нарушается между таламусом и сетью пассивного режима работы мозга и корковыми сетями, которые вовлечены во внимание. При нарушениях сознания исследователи могут наблюдать снижение функциональной связности и физические повреждения, которые влияют на связи между корой и глубинными структурами головного мозга. Рельеф мозговой активности Однако, несмотря на успехи в понимании нейронных коррелятов сознания, врачи по-прежнему испытывают трудности с диагностикой пациентов, которые не могут отвечать на вопросы или не реагируют на команды. Совершенно новый подход, о котором недавно сообщалось в журнале Nature Communications, может дать возможность оценить бодрствование, осознанность и сенсорную организацию такого пациента. Вместо того, чтобы регистрировать активность в отдельных областях мозга или сетях областей, новая техника измеряет градиенты активности по всему мозгу. «Сознание — сложная штука, и его изучение похоже на решение кубика Рубика», — говорит первый автор исследования доктор Зируи Хуанг, доцент кафедры анестезиологии Медицинской школы Мичиганского университета. Три градиента сознания Доктор Хуанг и его коллеги изучали, как изменяются градиенты нейронной активности, измеряемые с помощью фМРТ, в зависимости от трех основных измерений сознания: • возбудимость или бодрствование; • осознанность; • сенсорная интеграция. Исследователи использовали существующие данные фМРТ, записанные с мозга людей, которые находились в сознании, под наркозом, в так называемом вегетативном состоянии (также вегетативная жизнь) или имели психиатрический диагноз, например, шизофрению. Они обнаружили градиент активности, соответствующий изменениям в уровне возбуждения, который простирался от зрительных зон и зон сети пассивного режима работы мозга до сетей, вовлеченных во внимание. Другой градиент изменялся по мере роста осознанности и простирался от областей, вовлеченных в восприятие и действия, к областям, ответственным за интеграцию информации и формирование абстрактных понятий. Третий градиент, связанный с сенсорной организацией, охватывал зрительную систему и соматомоторную кору, которая помогает контролировать движение. «Мы продемонстрировали, что нарушения человеческого сознания из-за фармакологических, невропатологических или психиатрических причин связаны с деградацией одного или нескольких градиентов коры головного мозга в зависимости от состояния, — отмечает доктор Хуанг. — Некоторые пациенты, которые не могут никак отреагировать на происходящее, могут все еще находиться в сознании. Поэтому важно разработать независимые от поведения и от задачи подходы к оценке сознания». Транскраниальная магнитная стимуляция Знания о нейронных коррелятах сознания не проливают свет на то, как мозг генерирует сознание. Некоторые ученые утверждают, что для того, чтобы узнать больше о причинах возникновения сознания, необходимо манипулировать активностью мозга и посмотреть, что произойдет. Транскраниальная магнитная стимуляция, или ТМС, — это неинвазивный метод, который изменяет активность мозга строго контролируемым образом. Этот метод включает в себя прохождение сильного электрического импульса через проводящую катушку, расположенную близко к голове испытуемого, создавая короткий магнитный импульс, который вызывает электрическую активность в части мозга, расположенной ближе всего к катушке. Это повышает электрическую активность миллионов нейронов в области диаметром всего несколько сантиметров. У бодрствующего пациента импульс ТМС вызывает сложную цепь активности во множестве областей коры головного мозга, в то время как в фазу медленного сна тот же импульс оказывает гораздо более короткий и локализованный эффект. Однако во время фазы быстрого сна импульс вызывает активность, аналогичную той, что наблюдается в мозге бодрствующего человека. Интересно, что у пациентов, которые бодрствуют, но находятся в вегетативном состоянии, ТМС вызывает кратковременные локальные эффекты, которые похожи на те, что наблюдаются во время фазы медленного сна здорового человека. Но в мозгу бодрствующих пациентов, находящихся в минимально сознательном состоянии, ТМС вызывает реакцию, схожую с той, которая наблюдается у здоровых, бодрствующих людей. Поэтому исследователи пришли к выводу, что сложность и пространственная протяженность связи между областями мозга уменьшается по мере снижения уровня бодрствования и осознанности. Теории сознания Ученые предложили несколько теорий того, как сознание возникает из активности мозга. Две примечательные идеи — теория нейронного глобального рабочего пространства (ТНГРП) и теория интегрированной информации (ТИИ). Глобальное нейронное рабочее пространство Вкратце, ТНГРП предполагает, что существует сеть дальних связей, охватывающая весь мозг, называемая глобальным рабочим пространством. Нейронная информация становится осознанной, когда получает доступ к этому рабочему пространству, что позволяет транслировать ее по всему мозгу, в том числе в специализированные центры памяти, восприятия, двигательной активности и внимания. В случае получения доступа к глобальному рабочему пространству определенная интерпретация сенсорных данных оказывается в положении «победитель получает все». По мнению Майкла Грациано, профессора психологии и нейронаук, и доктора Аарона Шургера, доцента Колледжа здоровья и поведенческих наук, это объясняет, например, «бистабильные» оптические иллюзии. Двумя примерами таких иллюзий являются Куб Неккера и Ваза Рубина. Интегрированная информация ТИИ использует сложное уравнение для расчета степени сознания субъекта по тому, насколько хорошо он интегрирует информацию. Согласно уравнению, даже неодушевленные предметы, такие как камни и чайники, обладают проблеском сознания. Это соответствует философской теории панпсихизма, которая предполагает, что сознание является фундаментальным свойством всех физических систем. Каково это — управлять вниманием Профессор Грациано утверждает, что это даже нельзя назвать теориями, потому что они не объясняют сознание, а только описывают его. Собственная теория сознания профессора Грациано, теория схемы внимания (ТСВ), не претендует на решение сложной проблемы сознания, но пытается объяснить, почему мы считаем себя осознанными. Согласно ТСВ, мозг животных развил модель, или схему, их текущего состояния внимания, которую они могли использовать для прогнозирования и управления текущим фокусом внимания. Чтобы управлять нашим телом, мозг использует внутреннюю модель наших конечностей, их расположение в пространстве и то, как они работают. Профессор Грациано считает, что управление вниманием ничем не отличается от этого. Более того, он утверждает, что схема внимания заставляет людей верить в то, что у них есть внутренняя сущность — сознание, — которая позволяет им фокусировать внимание. Бессодержательная осознанность Опытные медитирующие могут достичь состояния чистой осознанности, свободной от любых мыслей, восприятий, чувств или даже ощущения самости, времени и пространства. Исследователи из Фрайбургского университета в Германии использовали ЭЭГ для изучения мозга бывшего буддийского монаха, который описал это как «ясную, осознанную открытость». Они обнаружили, что бессодержательная осознанность связана с резким падением альфа-волн и увеличением тета-волн. Также наблюдалось разделение активности сенсорной коры и дорсальной сети внимания и сильная активность в самой сети внимания. В то же время наблюдалось снижение активности в сети пассивного режима работы мозга. «Я думаю, что модель внимания, представляющую само свойство внимания, можно построить изолированно, без связи с вещью, на которую вы обращаете внимание. Это действительно может быть бессодержательная осознанность, о которой говорят медитирующие», — говорит профессор Грациано. Даже без мыслей, ощущений или чувств, кажется, остается таинственная сущность осознанности. По материалам статьи «How does the human brain create consciousness, and why?» Medical News Today