Что такое «быть в сознании» с точки зрения нейронауки

Как изучают сознание?

Быть в сознании — это испытывать ощущения, слышать звук, думать, чувствовать, видеть. Как в лабораторных условиях, так и в клинической медицине, уровень сознания в первую очередь определяется по ответной реакции на звуковые, речевые, визуальные и другие стимулы («если вы чувствуете боль, сожмите руку два раза, если нет — то один раз»).

Этот подход позволяет разграничить состояние бессознательности, когда мы ничего не ощущаем (это глубокий сон без сновидений, общая анестезия, кома, вегетативное состояние) от состояния сознания. Из этого определения также следует вывод, что для состояния сознания контакт с внешним миром совсем не обязателен —например, человек остается в сознании, когда видит сновидения, потому что испытывает звуковые и визуальные ощущения.

С другой стороны, у этого подхода есть существенные недостатки. Во-первых, что если человек пребывает в сознании, но не может об этом сообщить (например, парализован)? Во-вторых,  необходимым условием ставится способность понимать речь. Означает ли это автоматически, что младенцы и животные находятся в бессознательном состоянии? Очевидно, что нет.

Поэтому для более объективной характеристики состояния сознания  нейробиологии совмещают анализ ответных реакций на стимулы с одновременной регистрацией процессов в мозге. Например, когда мы слышим звук скрипки, в мозге активируются определенные зоны. Должно работать и обратное: если эти же зоны мозга простимулировать, то появится ощущение звуков скрипки и в тишине. В теории, если сравнить активность мозга в тишине и при звуках скрипки, мы получим ответ на вопрос «как мы осознаем звуки скрипки». Аналогично и про состояние сознания и его нарушения: возьмем бодрствующего человека и человека в коме, сравним и определим. Но это в теории, а на практике ключевыми вопросами в науке о сознании по-прежнему остаются два: «Что именно измерять? (что это за «активность мозга») и «где измерять?».

Где находится сознание?

Давным-давно не новость, что для существования сознания необходим головной мозг. Тем не менее все еще открытым остается вопрос про необходимые и достаточные зоны мозга для состояния сознания.

Например, повреждения мозжечка не приводят к потере сознания, несмотря на то, что в мозжечке в четыре раза больше нейронов, чем в коре головного мозга и развиты восходящие и нисходящие связи с другими отделами мозга. А вот повреждение ствола мозга немедленно приводит к коме.

При этом нормальная работа ствола мозга – это необходимое, но недостаточное условия для существования сознания: у пациентов с тяжелым повреждением коры головного мозга, но с функционирующим стволом мозга, как правило, формируется вегетативное состояние, при котором у человека сохранены такие функции, как дыхание, кровообращение, пищеварение и т.д., но утрачивается способность к взаимодействию с внешним миром, к осознанной деятельности. Какие именно зоны кортекса участвуют в формировании сознания и насколько важна в этом плане каждая из них — предмет активных исследований.

Нейрофизиологические маркеры сознания

Всем знакомая картина из фильмов: врач у постели больного в коме напряженно смотрит на экран, где бегут волны электроэнцефалограммы (ЭЭГ) головного мозга. ЭЭГ анализирует сигналы от электродов, присоединенных к голове, и передает интегрированный сигнал на экран.

Сигнал с низкой амплитудой, но с высокой частотой коррелирует с состоянием сознания; высокая амплитуда, но редкие волны являются признаком отсутствия сознания. Несмотря на то, что этот метод был впервые применён к  человеку предложен ещё в 1924 году (а на животных опробован ещё раньше), он по-прежнему остается одним из самых полезных и чувствительных способов разграничения состояния сознания и его нарушений.  

За прошедшее время стало понятно, что волны, которые регистрируются на ЭЭГ, — это результат взаимодействия нейронов таламуса, коры головного мозга и ствола мозга. В то же время стало очевидно, что и этот метод выявления сознания не всегда надёжен:  например, когда электроды были расположены внутри мозга спящего человека (более чувствительный метод регистрации ЭЭГ, чем ЭЭГ, записанная с помощью электродов на коже головы) было обнаружено, что отдельные зоны мозга все-таки активны и во время фазы глубокого сна.

При этом надо принимать во внимание, что исследования ведутся в основном на взрослых без патологий. Можем ли мы перенести результаты исследований, полученных на здоровых взрослых, к примеру,  на людей с обширными повреждениями мозга? На детей? На животных?

Комплексный подход

Существенный прорыв в исследованиях сознания произошел в 2013 году, когда группа нейробиологов под руководством Джулио Тонони и Марцелло Массимини из университетов Сан Паоло и Милана, предложила новый целостный подход к исследованию сознания на основе теории интегрированной информации.  Тогда как  предыдущие исследования фокусировались только на каком-то одном аспекте деятельности мозга, эти исследователи предложили ввести индекс, объединяющий несколько параметров.

Теория интегрированной информации предсказывает, что для состояния сознания нужны как дифференциация, так и интегрированность мозговой активности.  Что это такое? Дифференциация  мозговой активности отражает то,  насколько уникальны сигналы мозга.  Например, в клинической практике энтропия мозговой активности служит мерой глубины анестезии: чем меньше «шума» детектируется на ЭЭГ, тем больше глубина анестезии.  Интегрированность — показатель того,  насколько координированы отделы мозга: например, при засыпании (снижение интегрированности) количество связей между разными отделами мозга сокращается.

По отдельности эти параметры не предсказывают состояние сознания в 100% случаях, однако при этом так называемый индекс сложности пертурбаций (Perturbational Complexity Index ,PCI), объединяющий эти два параметра, правильно позволил правильно оценить состояние сознания у 32 человек, участвовавших в исследовании.

Более того, индекс сложности пертурбации был сходным как у здоровых бодрствующих волонтеров, так и полностью парализованных пациентов, находящихся в сознании и отличался при различных вариантах нарушения сознания, таких как вегетативное состояние и состояние минимального сознания.

Это Вам будет интересно:

Эффект Карпентера: мышечная память существует

Наши поступки программируют нашу дальнейшую судьбу и склонности к болезням

Дальнейшее развитие эмпирических методов для измерения сознания позволит ответить на широкий круг вопросов, начиная от клинически важного  «Где грань между ограниченным сознанием полностью парализованных пациентов и вегетативным состоянием?» до философских «С какого момент младенцы начинают быть в сознании? » и «Есть ли сознание у животных?».опубликовано econet.ru

Автор: Даша Овсянникова