Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли - Станислас Деан

Появление осознанности выражалось в волне, которая очень напоминала все ту же РЗ: высокое положительное напряжение в верхней части головы. Источником этого напряжения была одновременная активация большой цепочки, охватывающей ряд областей в левой и правой затылочной, теменной и префронтальной долях. Мы демонстрировали цифру лишь с одной стороны, но тем сильнее было наше удивление, когда обнаружилось, что активность нарастала в обоих полушариях совершенно синхронно и симметрично. Стало ясно, что сознательное восприятие значительно усиливает ту слабую активность, которая возникает поначалу в качестве реакции на быструю вспышку. На пике обработки информации многие области мозга выдают синхронную реакцию и тем самым сигнализируют о включении сознательного восприятия.

Впрочем, эксперименты, с которыми мы покуда имели дело, слабо связаны с реальными событиями, происходящими у нас в мозгу. Функциональная МРТ и отслеживание электрической активности мозга с помощью электродов позволяют нам составить очень условное представление о работе мозга. Правда, недавно исследования в области вспышек сознания получили новый поворот: пациентам с эпилепсией электроды стали вживлять напрямую в мозг, а мы благодаря этому получили возможность непосредственно наблюдать за деятельностью коры головного мозга. Моя команда взяла этот метод на вооружение сразу, как только он появился, и стала использовать его для того, чтобы проследить, что происходит в мозгу с видимым или невидимым для человека словом34. Результаты нашей работы, а также работы других исследователей говорят в пользу концепции лавины, за которой следует массированная глобальная активация35.

В ходе одного исследования мы объединили данные, полученные от десяти пациентов, и решили составить картину постепенного проникновения слова в кору головного мозга36. Электроды были размещены на всем протяжении зрительного канала, и мы могли наблюдать за переходом стимула с одного этапа на другой и соотносить эти этапы с тем, видел ли пациент изображение или нет. На начальном этапе активность в обоих случаях была схожа, но очень скоро результаты при работе с видимыми и невидимыми изображениями начали различаться между собой. Спустя примерно 300 миллисекунд разница достигла гигантских размеров. В случае если участник эксперимента не видел изображение, активность прекращалась так быстро, что фронтальная область практически не успевала вступить в дело. Если же изображение было видимым, активность во фронтальной области многократно усиливалась. За какую-то треть секунды крохотное различие разрасталось во вспышку «все или ничего».

Используя очаговые электроды, мы могли выяснить, как далеко распространяется осознанный стимул. При этом следует помнить, что точки вживления электродов были выбраны с тем, чтобы отслеживать происходящее во время эпилептических припадков, и к целям нашего исследования отношения не имели. И все же почти в 70 процентах случаев данные свидетельствовали о том, что сознательно воспринимаемые слова имеют большое влияние, в то время как для бессознательно воспринимаемых слов эта цифра составила всего 25 процентов. Вывод прост: неосознанная информация не выходит за пределы небольших участков мозга, в то время как осознанная еще долго распространяется по самым разным участкам коры.

Помимо всего прочего, при введении электродов непосредственно в мозг мы имеем уникальную возможность хронометрировать происходящее в коре. Электрофизиологи различают множество различных ритмов сигнала ЭЭГ. Мозг бодрствующего человека выдает массу разнообразных электрических флюктуаций, которые принято различать по интервалу частоты; называть эти волны принято греческими буквами. В бестиарии мозговых волн есть альфа-ритм (8—13 герц), бета-ритм (13—30 герц) и гамма-ритм (от 30 герц и выше). Попав в мозг, стимул воздействует на текущие флюктуации, снижает или иным образом изменяет их активность и навязывает новые частоты. Проанализировав воздействие стимула на ритмы мозга, мы смогли по-новому взглянуть на автографы сознательного возбуждения.

Всякий раз, показывая участнику эксперимента видимое или невидимое слово, мы наблюдали в мозгу всплеск активности гамма-ритма. В первые 200 миллисекунд после появления слова мозг усиливал электрические флюктуации этого высокочастотного ритма — как правило, это говорит о возбуждении нейронов. Если слово было невидимым, этот всплеск гамма-ритмов угасал, а если видимым — сохранялся. Четкая разница была заметна уже спустя 300 миллисекунд. Аналогичное явление наблюдали Рафи Малах и его коллеги в Институте Вейцмана (см. рис. 20)37. Сильный скачок мощности гамма-ритма, начинающийся спустя 300 миллисекунд после появления стимула, можно считать третьим автографом сознательного восприятия.

Рисунок 20. За сознательным восприятием быстро показанного изображения следует длительный всплеск высокочастотной активности, то есть третий автограф сознания. Изредка в верхнюю часть коры мозга эпилептикам вводят электроды, которые воспринимают лавинообразную активность мозга, возникающую вслед за демонстрацией изображения. Если испытуемый не мог увидеть изображение, наблюдался только кратковременный всплеск высокочастотной активности вентральной зрительной коры. Если же испытуемый видел изображение, лавина усиливалась и достигала этапа, на котором происходила единомоментная активация. Сознательному восприятию сопутствовал длительный всплеск высокочастотной электрической активности, свидетельствующей о сильном возбуждении локальных нейронных цепочек

Эти результаты позволили по-новому взглянуть на старую гипотезу, касающуюся значения колебаний в 40 герц для сознательного восприятия. Еще в 1990-е годы нобелевский лауреат Фрэнсис Крик вместе с Кристофом Кошем высказал предположение о том, что сознанию должны сопутствовать колебания в мозгу, имеющие частоту примерно в 40 герц (25 колебаний в секунду) и свидетельствующие об обмене информацией, который идет между корой головного мозга и зрительным бугром. Сегодня мы знаем, что эта гипотеза абсолютно верна — даже бессознательный стимул может инициировать высокочастотную активность, причем не только на частоте в 40 герц, но и во всем спектре гамма-ритма38. Впрочем, пусть вас не удивляет, что высокочастотные колебания возникают как при сознательной, так и при бессознательной обработке информации: эти колебания можно наблюдать практически в любой группе активных нейронов коры мозга всякий раз, когда возбуждение нейронов под воздействием внешних факторов организуется в высокочастотные ритмические колебания39. При этом наши эксперименты показали, что подобная активность получает сильнейшую поддержку в период массовой активации сознания. Следовательно, можно сделать вывод о том, что автографом сознательного восприятия является не просто наличие гамма-ритма, а его усиление на позднем этапе.

Зачем же мозг генерирует синхронные нейронные колебания? Возможно, синхронность способствует передаче информации40. В нейронных дебрях, что раскинулись в коре головного мозга, разносятся хаотичные сигналы миллионов клеток, и потерять небольшую группу активных нейронов в этой путанице совершенно немудрено. Но если нейроны этой группы зазвучат в унисон, они будут услышаны и передаваемая ими информация полетит дальше. Возможно, именно поэтому возбуждающим нейронам приходится подавать свои импульсы в строгой последовательности — так важное сообщение может быть передано дальше. По сути, синхронность создает канал для коммуникации между удаленными друг от друга нейронами41. Нейроны, совершающие колебания одновременно, получают общее окно возможностей и могут получать сигналы друг от друга. Синхронность, которую мы наблюдали в наших макроскопических записях, может указывать на происходящий на микроскопическом уровне обмен информацией между нейронами. Что касается сознательного опыта, то тут особую важность могут иметь обстоятельства, в которых обмен происходит не только между двумя соседствующими областями, но и между самыми разными областями коры головного мозга. Так нейроны всего мозга начинают действовать согласованно, в единении.