Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли - Станислас Деан

С появлением методов нейровизуализации в исследовании сознания произошел прорыв. Теперь мы могли видеть, как именно работает мозг, когда фрагмент информации поступает в сознание, и как изменяется работа мозга во время бессознательной обработки данных. Сравнивая эти два состояния, мы смогли получить то, что я зову автографом сознания: маркер, однозначно указывающий на сознательное восприятие стимула. В этой главе я опишу четыре автографа сознания. Сублиминальный стимул способен к глубокому проникновению в кору головного мозга, однако, когда он переходит грань восприятия, активность мозга резко возрастает и перекидывается на прочие области мозга, вызывая внезапное раздражение теменной и префронтальной структур (автограф номер один). На электроэнцефалограмме доступу в сознательный опыт соответствует запоздалая и медленно нарастающая волна P3 (автограф номер два). Проявляется она спустя целую треть секунды после воздействия стимула: наше сознание не поспевает за внешним миром. Поместив глубоко в мозг электроды, позволяющие отслеживать работу мозга, мы можем получить еще два автографа: запоздалый и резкий взрыв высокочастотных колебаний (автограф номер три) и синхронизацию информационного обмена между удаленными друг от друга областями мозга (автограф 4). Все эти факторы являются однозначными признаками процесса сознательной обработки данных.

Метафора Пруста — это свежий наряд для поизносившегося клише, представляющего человеческий разум как крепость. Сидя за воздвигнутыми им стенами, скрытые от испытующих взглядов, мы можем свободно думать обо всем, о чем нам будет угодно. Наше сознание — недоступное прочим святилище, в котором наш разум может бродить на свободе, в то время как коллеги, друзья и супруги думают, будто мы внимаем их словам. Джулиан Джейнс изображает это убежище как «тайный театр безмолвных монологов и опережающих советов, невидимое обиталище всех настроений, мечтаний и тайн, неиссякаемый источник разочарований и открытий». Да под силу ли ученым проникнуть в эту твердыню?

Но прошло каких-нибудь два десятка лет, и немыслимое свершилось. В 90-е годы XX века мы научились видеть сквозь череп: японский исследователь Сейдзи Огава с коллегами изобрел метод функциональной магнитно-резонансной томограммы (фМРТ), мощнейшее и притом безвредное решение, позволяющее наблюдать за работой мозга без какого-либо вторжения в организм1. Функциональная МРТ построена на изменениях тока крови в сосудах. Когда активность нейронной цепочки возрастает, нейроглиальные клетки вокруг этих нейронов улавливают всплеск синаптической активности и быстро открывают местные артерии, стремясь таким образом компенсировать возросшее потребление энергии. Две-три секунды спустя кровоток усиливается и принимается снабжать работающие цепочки кислородом и глюкозой. Возрастает количество красных кровяных телец, несущих молекулы гемоглобина со связанным кислородом. Главное достоинство фМРТ заключается в том, что теперь мы можем распознать физические характеристики молекулы гемоглобина на расстоянии: гемоглобин без кислорода работает как маленький магнит, а гемоглобин с кислородом — нет. Аппарат для магнитно-резонансной томографии представляет собой огромный магнит, улавливающий мельчайшие колебания магнитных полей; по этим колебаниям можно воссоздать картину недавней активности нейронов на каждом участке тканей мозга.

Функциональная МРТ отображает работу человеческого мозга с миллиметровым разрешением и может обновлять данные несколько раз в секунду. К сожалению, с помощью фМРТ мы не можем проследить за длительностью нейронной реакции, однако сегодня существуют и другие технологии, позволяющие точно определить время появления электрического заряда в синапсах — и череп для этого вскрывать опять-таки не надо. Ученые доработали старую добрую электроэнцефалограмму (ЭЭГ) — методику записи мозговых волн, которую изобрели еще в 1930-е, — и получили мощнейший аппарат на 256 электродов, позволяющий получать высококачественную цифровую запись деятельности сразу всего мозга с миллисекундным разрешением. Потом, в 1960-е, была изобретена новая, еще более эффективная технология магнитоэнцефалограммы (МЭГ), дающая исключительно точное изображение мельчайших магнитных колебаний, сопутствующих электрическим импульсам в нейронах коры головного мозга. И ЭЭГ, и МЭГ записать очень просто — пациенту либо прикладывают к голове небольшие электрические клеммы (ЭЭГ), либо размещают вокруг головы высокочувствительные детекторы магнитных полей (МЭГ).

Имея в своем распоряжении фМРТ, ЭЭГ и МЭГ, мы получили возможность от начала и до конца проследить за тем, что происходит в мозгу, когда визуальный стимул следует от сетчатки до самых глубин фронтальной коры. Сочетая этот инструментарий с техниками когнитивной психологии, мы можем заглянуть в сознание по-новому. Как уже говорилось в главе 1, в ходе экспериментов было найдено немало стимулов, обеспечивающих оптимальный контраст между сознательным и бессознательным состоянием. Воспользовавшись технологией маскировки или невнимания, мы можем сделать любое изображение невидимым для глаза. Мы можем даже поместить его на самую грань восприятия, так, чтобы человек видел его лишь половину времени, и разница между видимостью и невидимостью была связана исключительно с субъективным восприятием. В лучших экспериментах ученым удалось точно уравновесить стимул, задачу и ее выполнение. В результате сознание превратилось в одну из переменных, поддающихся манипулированию экспериментальным путем: в одном случае участник эксперимента видит изображение, а в другом — нет.

Итак, остается лишь выяснить, что изменяется в мозгу под влиянием сознания. Существуют ли особые цепочки, возбуждающиеся лишь тогда, когда для выполнения задания требуется сознание? Возможно, сознательное восприятие вызывает в мозгу какие-то особые изменения, волны, колебания? Маркеры такого рода, если бы нам удалось их отыскать, можно было бы использовать как автограф сознания. Наличие этих процессов в мозгу указывало бы на причину так же однозначно, как подпись под документом указывает на личность подписавшего: есть автограф — безусловно присутствует сознательное восприятие.

В этой главе мы увидим, что несколько автографов сознания обнаружить все же удалось. Расколоть тайну сознания помогли методы нейровизуализации.

В 2000 году израильский ученый Каланит Грилл-Спектор, работавшая тогда в Институте Вейцмана (Тель-Авив), провела простой эксперимент с маской2. Участникам эксперимента показывали некое изображение, причем демонстрация шла очень быстро, от 1/15 до 1/8 секунды, а вслед за изображением показывали еще одно, скрытое. В результате одни изображения участникам заметить удавалось, а другие — нет; все зависело от того, был ли преодолен порог сознательного восприятия. Ответы участников на графике дали красивую кривую: изображения, демонстрировавшиеся менее 50 миллисекунд, рассмотреть было очень трудно, а изображения, находившиеся на экране 100 миллисекунд или дольше, становились видимыми.