Один день из жизни мозга. Нейробиология сознания от рассвета до заката - Сьюзен Гринфилд

Во время сна кора головного мозга претерпевает периоды кратковременных всплесков возбуждения; они чередуются с периодами сниженной активности. Именно эта флуктуация в таламокортикальных сетях связана с переходом от сознательного состояния к бессознательному. Когда клетки таламуса снижают активность, клетки-мишени в коре возвращаются к режиму работы «по умолчанию»: в эти периоды мы можем наблюдать характерные медленные мозговые ритмы, лежащие в основе бессознательного состояния.^[25]

Вместо того чтобы «просто» выявлять, какие области мозга оказываются активными в определенных условиях, со временем стратегия исследований сместилась в сторону открытия сложных механизмов: где, когда и каким образом участки мозга взаимодействуют между собой путем перекрестного перекликания широкомасштабных реверберирующих колебаний. Некоторые из этих колебаний связаны с релаксацией и сном и определяются характером взаимодействий между таламусом и корой. Между тем другие частоты, по-видимому, генерируются в определенных областях таламуса или коры и связаны с высшими когнитивными функциями, включая восприятие.^[26] Если группы нейронов временно синхронизируют свою активность, этот процесс может иметь заманчивые функциональные перспективы: конкретная частота колебаний – 40 Гц – может являться особенно важным элементом некоей ключевой корреляции.^[27]

Однако более поздние исследования показали, что такая синхронизация между нейронами может быть стандартным режимом для мозга, а вовсе не исключением,^[28] и нет причины рассматривать какую-либо конкретную частоту как особенное, ключевое условие для возникновения сознания. Кроме того, бессознательное состояние может сопровождаться усилением синхронизации в лобных долях мозга.^[29] Наконец, существует ряд сознательных переживаний, которые не связаны с синхронизированной деятельностью мозга, в то время как сильная и резкая синхронизация, как, например, во время острых припадков, на самом деле связана с потерей сознания.^[30]

Главная идея, которую развивают все эти исследования, состоит в том, что анатомическая связь между таламусом и корой обеспечивает в лучшем случае необходимую, но не достаточную основу для сознания, а в худшем случае порождает больше вопросов, чем ответов.

Альтернативной тактикой может быть сосредоточение не столько на пространственной специфике работы мозга, сколько на временных рамках протекающих в нем процессов:^[31] кажется очень правдоподобным, что сознание имеет место лишь тогда, когда нейронная активность поддерживается на протяжении длительного отрезка времени – порядка нескольких сотен миллисекунд. Критический интервал, разграничивающий «видимые» и «невидимые» события, по-видимому, составляет от 270 до 500 миллисекунд:^[32] известный нейробиолог Бенджамин Либет предположил, что этот период необходим для того, чтобы сформировалось осознание события, в то время как самые ранние ответы, возможно, возникли в мозге уже на 25-й миллисекунде.^[33]

Существует также альтернативная интерпретация этих данных, заключающаяся в том, что решающим фактором может быть не само время, а конечное состояние, для достижения которого оно потребовалось. Не исключено, что это создание подходящего «окна», дающего возможность для «повторного входа» сигнала, своего рода продолжение реверберации «входа» и «выхода» между конкретными участками мозга.^[34] Важным нюансом этой теории является то, что ни в коем случае не следует путать «повторный вход» с простой обратной связью, в результате чего некоторое существующее состояние может быть модифицировано в результате первоначального воздействия.

Обезьяны, по-видимому, реагируют на экспериментальные изображения, только когда их мозговые волны формируют характерный паттерн, который отражает тип нейрональной самонастройки,^[35] что также происходит и у людей. Это предположение кажется правдоподобным. Впрочем, оно мало говорит нам о том, почему «повторный вход», накопление итераций между двумя областями мозга, имеет такое большое значение.

Давайте снова изменим тактику. В поисках убедительной связи между сознанием и определенными свойствами мозга мы также можем двигаться в противоположном направлении, фокусируясь не на связях между областями мозга, а на его самых маленьких функциональных элементах – отдельных клетках. В рамках такого подхода мы можем отслеживать функционирование отдельных нейронов у людей, перенесших операцию на головном мозге. Благодаря отсутствию в мозге болевых рецепторов, с середины двадцатого века стало возможным пребывание пациента в сознании во время операций на головном мозге.^[36] Канадский хирург Уайлдер Пенфилд, который в свое время прооперировал более пятисот пациентов, смог, в частности, стимулировать открытую поверхность височной доли пациента с тяжелой формой эпилепсии. После подобных беспрецедентных процедур пациенты нередко сообщали о ярких, но похожих на сновидения «воспоминаниях». Такие «воспоминания» могут возникать при стимуляции соседних участков нервной ткани, и даже стимуляция в разное время на одном и том же участке может привести к различным субъективным переживаниям. Эти откровения предполагают, что Пенфилд воздействовал на различные, хотя и перекрывающиеся сети нейронов, в которых один участок нервной ткани мог быть компонентом более чем одной сети, и, наоборот, разные участки могут входить в состав одной и той же сети.