Коллектив авторов - Мозг и сознание [Разгадка величайшей тайны человеческого мозга] [litres]

Все эти способы измерения уровня сознания связаны с набирающей популярность теорией сознания, называемой теорией интегрированной информации, или ТИИ, которую разработал нейробиолог Джулио Тонони из Висконсинского университета (см. «Интеграция порождает осознанность?»). Однако существующие сегодня методы, подобные вышеупомянутым, дают лишь грубые приближения к теории. А для любой реальной системы измерение интегрированной информации во всей ее полноте пока что практически невозможно.

Интеграция порождает осознанность?

Наши переживания, связанные с восприятием цвета, формы и звука, существуют не по отдельности, а как полностью интегрированное целое. Джулио Тонони, нейробиолог из Висконсинского университета в Мэдисоне, выдвинул теорию, описывающую этот процесс. Он утверждает: для того, чтобы система обладала сознанием, она должна интегрировать информацию таким образом, чтобы целое несло в себе большее количество информации, чем сумма его частей. Для сознания интегрированная информация не может быть редуцирована до более мелких составляющих. Когда вы воспринимаете красный треугольник, мозг не может запечатлеть этот объект как бесцветный треугольник в совокупности с бесформенным пятном красного цвета.

Показатель способности системы интегрировать информацию Тонони назвал Фи. Согласно его теории, эта способность является ключевой характеристикой сознания. Цифровая камера обладает потрясающим объемом памяти, но все миллионы ее пикселей никогда не «видят» фотографию, в то время как ваше сознание способно «увидеть», поскольку ваш мозг активно интегрирует информацию, чтобы придать смысл полученным данным.

Один из способов вычислить Фи – разделить систему на две части и сравнить, как отличаются прогнозы будущего состояния у частей и целой системы. Наиболее радикальное деление будет давать две наиболее независимые части. Если эти части будут полностью независимыми, так что «целое» не превысит их суммы, тогда Фи будет равняться нулю, и система не будет обладать сознанием. Чем выше же созависимость частей при наиболее радикальном делении, тем бо́льшим будет значение Фи и, соответственно, уровень сознания системы.

Подход Тонони позволяет объяснить некоторые любопытные аспекты сознания. Почему мы утрачиваем сознание, когда ложимся спать? Тонони ответил бы, что во время сна информация из специализированных сетей мозга не интегрируется. Почему эпилептические припадки связаны с потерей сознания? Возможно, потому что припадки перегружают сеть, блокируя сложный процесс обмена информацией.

В контексте конкретных областей мозга, участвующих в поддержании уровня сознания, в последнее время внимание было приковано к «горячей точке» задней коры, расположенной в теменнойи затылочной долях коры больших полушарий головного мозга. По всей видимости, активность в этой области является очень надежным отличительным признаком наличия и отсутствия сознания, что было показано в исследовании Франчески Сиклари и ее коллег из Висконсинского университета в Мэдисоне. Вместо того чтобы сравнивать бодрствование со сном – сравнение, которое включает в себя, помимо потери сознания, еще множество изменений в мозге и теле, – исследователи наблюдали за мозгом только во время сна. Они будили испытуемых много раз в течение каждой ночи и спрашивали их, видели ли те сны. Это позволило им сравнить активность мозга при сновидениях и отсутствии каких бы то ни было сознательных переживаний. В данном случае общее состояние мозга и тела было одинаковым, так что любые найденные различия должны были быть связаны именно с сознанием. Как оказалось, задняя «горячая точка» играет настолько заметную роль в работе сознания, что исследователи смогли предсказывать, сообщит ли испытуемый о сновидениях еще до его пробуждения, основываясь только на активности этой зоны.

Есть ли сознание у младенцев?

У взрослых осознание того, что они что-то ощутили, увидели или услышали, связано с двухэтапным характером деятельности мозга. Так, сразу же после предъявления визуального стимула активируются области зрительной коры, а спустя приблизительно 200–300 миллисекунд активируются и другие области, включая префронтальную кору, которая отвечает за когнитивную деятельность более высокого уровня. Некоторые исследователи полагают, что осознание появляется только после того, как активность нейронов на втором этапе достигает определенного порога.

Исследовать этот процесс у взрослых достаточно просто, потому что они способны сообщить, когда осознают что-то. Но задать те же самые вопросы младенцам, чтобы узнать, осознают ли они что-либо происходящее в окружающей среде, и если да, то как осознают, невозможно.

Сид Куидэ и его коллеги из Высшей нормальной школы в Париже решили эту проблему так. Они надели шапочки для ЭЭГ на группы младенцев в возрасте 5, 12 и 15 месяцев и фиксировали активность их мозга в ответ на предъявляемую серию быстро меняющихся изображений. Как и взрослые, все младенцы реагировали на человеческое лицо, демонстрируя ожидаемый двухэтапный паттерн. Но на втором этапе – этапе деятельности, связанной с осознанием, – ответ был намного медленнее.

Самая медленная и наименее выраженная реакция была зарегистрирована у пятимесячных младенцев: задержка перед началом второго этапа составила более секунды. У 12-месячных младенцев второй этап регистрировали в период от 800 до 900 миллисекунд после предъявления изображения. 15-месячная группа показала очень схожий результат.

По-видимому, младенцы обладают тем же механизмом сознательной регистрации происходящего в окружающем их мире. Им просто требуется для этого немного больше времени.

Хотя нам кажется, будто то, что мы видим, слышим и чувствуем, очень реально, есть веские доказательства: наше восприятие – своего рода «контролируемая галлюцинация» – «лучшая догадка» мозга относительно того, что вызывает входящую сенсорную информацию.

Подумайте об этом: мозг заперт внутри костного черепа. У него нет прямого доступа к окружающему миру. У него нет прямого доступа даже к собственному телу. Все, что мозг получает, – это электрические сигналы от разных органов чувств: глаз, ушей и так далее. Эти сигналы зашумлены и противоречивы, но, тем не менее, мозг должен каким-то образом решить, что все это значит.

Еще в XIX веке немецкий физиолог Герман фон Гельмгольц выдвинул гипотезу, что мозг как бы делает предсказание. Он объединяет сенсорную информацию, поступающую из окружающего мира, с предварительными предположениями (или ожиданиями) относительно того, каков этот мир. Это приводит к «лучшей догадке» о том, что вызвало сенсорные сигналы, – вот что мы и воспринимаем сознательно.