Как в мозге зарождается сознание

Как в мозге зарождается сознание – это главная загадка. Исследование, опубликованное в научном журнале «Science», предлагает потенциальный ответ.

Китайская команда ученых регистрировала нейронную активность людей с электродами, вживленными глубоко в мозг, во время выполнения ими визуальной задачи. Эта область, называемая таламусом, является центральным ретранслятором, передающим информацию между многочисленными областями мозга.

Предыдущие исследования, посвященные поиску мозговых механизмов, лежащих в основе сознания, часто фокусировались на коре –  внешних областях мозга. Очень мало известно о том, как более глубокие структуры мозга способствуют нашему восприятию и самоощущению.

Одновременно регистрируя нейронную активность таламуса и коры головного мозга, команда обнаружила волнообразный сигнал, который появлялся, когда участники сообщали, что видят изображение в тесте. Визуальные сигналы, специально предназначенные для того, чтобы не достигать осознания, имели другую реакцию мозга.

Полученные результаты подтверждают идею о том, что части таламуса «играют роль ворот» при возникновении осознанного восприятия, показывает, как сигналы распространяются по мозгу для поддержания сознания.

До сих пор нет окончательного согласия по поводу того, что мы понимаем под сознанием. Но практически большинство ученых сходятся во мнении, что у него есть как минимум два вида. Один из них называют «состоянием сознания», когда вы, например, бодрствуете, спите или находитесь в коме. Другой режим, «сознательное содержание», фиксирует осознание или восприятие.

Мы постоянно подвергаемся бомбардировке видами, звуками, прикосновениями и другими ощущениями. Мозг фильтрует сигналы, поступающие из внешнего мира, поэтому лишь малая их часть попадает в сознательное восприятие. Весь процесс от ощущения до восприятия занимает всего несколько миллисекунд.

Технологии визуализации мозга, такие как функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ), позволяют запечатлеть внутреннюю работу мозга, когда мы обрабатываем эти стимулы. Но, эта технология не может составить карту активированных участков мозга в режиме реального времени с высоким разрешением и не дает расшифровку того, как сознание возникает из нейронной болтовни.

Большинство ученых сосредоточились на коре головного мозга, и лишь немногие исследовали функции более глубоких структур мозга из-за технологических ограничений.

Новое исследование задействовало уникальный ресурс. Эксперимент состоялся на людях с головными болями, которые не поддаются медикаментозному лечению. Каждому участнику исследования имплантировали до 20 электродов в различные участки таламуса и коры головного мозга в рамках экспериментальной процедуры по ослаблению головной боли. В отличие от МРТ-исследований, которые охватывают весь мозг с задержкой во времени и относительно низким разрешением, эти электроды могут напрямую улавливать нейронные сигналы в имплантированных областях с минимальной задержкой. 

Таламус представляет собой сложную структуру, в которой сосредоточено множество нейронных сигналов, исходящих из разных мест. Он направляет и переправляет уникальную комбинацию входящих ощущений в другие области мозга для дальнейшей обработки. Таламус, вероятно, играет «решающую роль в регуляции состояния сознания», основываясь на предыдущих теоретических исследованиях и исследованиях. Проверить его роль на людях было сложно из-за его сложной структуры и расположения глубоко внутри мозга. Пять участников, у каждого из которых в таламус и кору головного мозга уже были вживлены электроды для лечения, стали идеальными кандидатами для исследования, связавшего конкретные нейронные сигналы с осознанным восприятием. Ученые исследовали, могут ли участники осознанно воспринимать визуальную подсказку – сгусток чередующихся светлых и темных линий, мигающих на экране. Примерно половина испытаний была построена таким образом, чтобы подсказка появлялась слишком короткое время, чтобы человек мог ее зарегистрировать, как было определено в предыдущей работе. Затем участников просили перевести взгляд в левую или правую часть экрана в зависимости от того, заметили ли они подсказку.

На протяжении всего эксперимента фиксировалась электрическая активность таламуса и префронтальной коры – передней области мозга, которая участвует в мышлении более высокого уровня, таком как рассуждение и принятие решений.

Две части таламуса проявляли активность, когда человек осознанно воспринимал подсказку, и эти области синхронно передавали волны активности в кору головного мозга. Эта синхронизированная активность исчезала, когда участники не осознавали подсказку. Вклад в активность, связанную с сознанием, различалась в таламусе. Эти специфические области глубокого мозга могут формировать важнейший шлюз для обработки визуального опыта, чтобы он поднялся до уровня восприятия. Природа сознания в мозге остается загадкой, хотя новые результаты позволяют заглянуть внутрь человеческого разума, который воспринимает мир с беспрецедентной детализацией.

Медицинское информационное агентство «Здоровье и защита пациентов: новости здравоохранения, медицины