Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли - Станислас Деан

Правда, устройство мозга куда как сложнее снежного кома. На создание адекватной теории фазовых переходов в работе реальных нейронных сетей уйдет еще много лет47. Собственно говоря, наша модель уже продемонстрировала два вложенных друг в друга фазовых перехода. Об одном из них я только что говорил — это глобальная массовая активация. Правда, возможность этой активации сама зависела от другого фазового перехода, вызывающего «пробуждение» всей сети. Каждый пирамидальный нейрон смоделированной коры получал сигнал активного внимания — небольшой разряд тока, крайне примитивную имитацию хорошо изученного активирующего эффекта ацетилхолина, норадреналина и серотонина, поступающего из различных ядер стволовой части мозга, базальных отделов передней части мозга и гипоталамуса и переводящего кору в положение «вкл». Так наша модель имитировала изменения в состоянии сознания, то есть переход от бессознательного состояния мозга к сознательному.

Когда сигнал активного внимания был слаб, спонтанная активность падала в несколько раз, и массовая активация не прослеживалась: даже сильный входящий сенсорный сигнал, который активировал нейроны зрительного бугра и коры головного мозга в первичной и вторичной областях, и тот быстро сходил на нет, так и не преодолев порог глобальной массовой активации. В этом состоянии наша мозговая сеть была как бы сонной или словно под воздействием анестезии48. Реакция на стимулы происходила, но только в периферийных сенсорных областях — как правило, активность не могла пройти по рабочему пространству весь путь снизу вверх, вызвать массовую активацию и создать обширную совокупность клеток. Но когда мы усиливали сигнал активного внимания, модель начинала выдавать структурную электроэнцефалограмму, и под воздействием внешних стимулов вдруг происходила массовая активация. Порог активации изменялся в зависимости от активности модели, позволяя нам пронаблюдать за тем, как усиление активного внимания увеличивает вероятность того, что мы заметим самое слабое сенсорное воздействие.

В нашей модели проявился еще один поразительный феномен, а именно спонтанная нейронная активность. Нам незачем было постоянно стимулировать получившуюся сеть. Даже в отсутствие каких-либо стимулов нейроны, под воздействием случайных процессов в синапсах выдавали спонтанные импульсы, и хаотические их сигналы самостоятельно выстраивались в узнаваемые структуры.

Когда параметр активного внимания достигал высоких показателей, на экранах наших компьютеров начинали появляться и исчезать сложные последовательности нейронных сигналов. В этих последовательностях периодически можно было наблюдать глобальную массовую активацию, возникавшую в отсутствие каких-либо стимулов. Так, целая группа кортикальных пучков, отвечающих за один и тот же стимул, могла пробудиться на короткое время, а потом успокоиться снова. Долю секунды спустя ее сменяла другая глобальная совокупность клеток. Сеть самостоятельно, без какого-либо стимула извне, создавала целую серию случайных массовых активаций, весьма напоминавших мозговую активность при восприятии внешних стимулов. Единственное различие заключалось в том, что спонтанная активность, как правило, начиналась на более высоком кортикальном уровне, в пределах рабочих пространств, и затем распространялась вниз, в сенсорные области, то есть повторяла все происходящее при восприятии, только в обратном порядке.

Случаются ли такие всплески эндогенной активности в настоящем мозгу? Да. На самом деле, упорядоченная спонтанная активность встречается в нервной системе повсеместно. Всякий, кто хоть раз видел запись электроэнцефалограммы, знает, что оба полушария генерируют множество высокочастотных электрических волн, причем постоянно и независимо от того, бодрствует человек или спит. Эта спонтанная активность отличается такой высокой интенсивностью, что явственно выделяется на фоне всей прочей мозговой деятельности. Для сравнения заметим, что возбуждение в результате воздействия внешних стимулов едва различимо и, для того чтобы его зафиксировать, нужно повозиться с расчетами. Вызванная стимулом активность оттягивает на себя очень малую долю от потребляемой мозгом энергии — пожалуй, меньше 5 процентов. Нервная система действует в основном как автономный агрегат, генерирующий собственные последовательности мыслей. Даже если человек лежит в темноте и «ни о чем не думает», мозг его постоянно выдает сложный и все время меняющийся узор нейронной активности.

Впервые упорядоченные последовательности спонтанной кортикальной активности ученым удалось пронаблюдать на животных. Амирам Гринвальд и его коллеги из Института Вейцмана воспользовались электрочувствительными красителями, с помощью которых невидимый ток дает видимые изменения коэффициента отражения света, и в течение длительного периода времени фиксировали электрическую активность на большом участке коры49. Интересно, что сложные последовательности возникали даже тогда, когда животное находилось под воздействием анестезии. В темноте, в отсутствие какой-либо стимуляции, зрительный нейрон мог внезапно выдать ряд более сильных сигналов. При этом он был не одинок: на экране было видно, что в тот же самый миг происходила спонтанная активность целой совокупности нейронов.

Аналогичный феномен наблюдается и в человеческом мозгу50. Наблюдая за активностью мозга во время отдыха, ученые обнаружили, что мозг отнюдь не молчит, но постоянно выдает меняющиеся последовательности кортикальной активности. У разных людей глобальные сети, часто охватывающие оба полушария, действуют одинаково. Иногда их деятельность близко напоминает структуру мозговой активности при стимуляции извне. Так, например, крупная подгруппа языковых цепочек активируется, когда мы слушаем историю, но способна и к спонтанной активации в момент, когда мы лежим в темноте — такая вот иллюстрация к выражению «внутренний голос».

Смысл этой активности в период покоя продолжает вызывать споры в среде нейробиологов. Одни ученые указывают на то, что случайные сигналы мозга проходят по существующей сети анатомических связей — да и где бы им еще идти?51 Тем не менее, если человек не спит и концентрирует внимание, действовать начинает другая структура, непосредственно указывающая на то, о чем он думает. Так, в положении покоя у человека порой наблюдается сеть, называемая сетью по умолчанию; она включается всякий раз, когда мы размышляем о положении собственных дел, вспоминаем случаи из своей жизни или сравниваем свои мысли с чужими52. Мы кладем пациента в сканер, ждем, пока его мозг войдет в режим по умолчанию, и спрашиваем, о чем он думает. И человек, гораздо чаще, чем в других ситуациях, отвечает, что отвлекся и погрузился в собственные мысли и воспоминания53. Таким образом, наблюдая за спонтанной активностью той или иной сети, можно, по крайней мере, частично угадать, о чем думает человек.

Короче говоря, наши бесцельные раздумья возникают в результате постоянных нейронных импульсов. Более того, этот внутренний поток сигналов конкурирует с внешним миром. В периоды высокой активности по умолчанию неожиданная демонстрация такого, к примеру, стимула, как картинка, не вызывает большую волну РЗ, хотя у внимательного наблюдателя эта волна возникла бы54. Эндогенные состояния сознания мешают нам воспринимать внешние события. Спонтанная мозговая активность охватывает глобальное рабочее пространство и, затопив его целиком, может в течение длительного времени блокировать доступ других стимулов. С одной из разновидностей этого явления мы встречались в главе 1 — там она называлась слепотой невнимания.