В какой части вашего мозга находитесь вы? Является ли ваша осведомленность о мире вокруг вас и о самом себе результатом конкретных изменений в мозге, или же сознание рождается в широкой сети нейронной активности? Как мозг производит сознание?

Ученые Университета Вандербильта сделали важный шаг в сторону ответа на эти давние вопросы вместе с одним из последних исследований мозга, в ходе которого были обнаружены изменения взаимодействия участков мозга друг с другом во время появления сознания. Результаты были опубликованы 9 марта в Трудах Национальной академии наук и оспаривают предыдущие теории.

«Определение отпечатков сознания у людей будет значительным шагом вперед в медицинских исследованиях, не говоря уже о философских последствиях этих выводов, — говорит Рене Маруа, профессор и заведующий кафедрой психологии в Университете Вандербильта и старший автор исследования. — Многие когнитивные нарушения, наблюдаемые в различных неврологических заболеваниях, в конечном итоге могут возникать в результате изменения сообщения информации по всему мозгу».

Используя теорию графов, ветвь математики, которая занимается изложением интерактивных связей между членами комплексной сети вроде социальной сети или летных маршрутов, ученые задались целью охарактеризовать, как связи между различными частями мозга могут быть связаны с сознанием.

«С теорией графов можно задавать вопросы о том, как эффективно транспортные сети США и Европы связываются транспортными узлами вроде аэропорта Ла-Гуардия в Нью-Йорке, — отмечает Дуглас Гудвин, ведущий автор исследования. — Мы можем адресовать эти же вопросы сетям мозга и центрам нервной связи».

Современные теории нейронной основы сознания разделяются в целом на два лагеря: очаговый и глобальный. Очаговые теории утверждают, что существуют особые области мозга, которые имеют решающее значение для формирования сознания; глобальные теории утверждают, что сознание возникает вследствие крупномасштабных изменений головного мозга в процессе деятельности. В текущем исследовании анализ теории графов применяется для рассмотрения общих точек между этими теориями.

В эксперименте ученые пригласили поучаствовать 24 члена университетского сообщества, им предстояло пройти испытания на фМРТ (функциональной магнитно-резонансной томографии). Находясь в фМРТ, участники должны были определить диск, который на короткое время вспыхивал на экране. В ходе каждого испытания участники отвечали, удалось ли им обнаружить целевой диск и какова была их уверенность в правильном ответе. Затем экспериментаторы сравнили количество обнаружений диска уверенными участниками с количеством пропущенных дисков. Группы разделились на «сознательные» и «бессознательные» обнаружения соответственно.

Сравнение сознательных и несознательных попыток с использованием обычного анализа фМРТ, который выявил амплитуду активности мозга, показало, что несколько областей мозга демонстрировало большую активность во время выявления цели, нежели когда участники пропускали ее. Однако задача исследования была не только в выявлении регионов, которые активизируются при проблесках сознания, но и как они коммуницируют.

В отличие от очаговых результатов, полученных с использованием традиционных методов анализа, результаты сетевого подхода указали на иные выводы. Ни одна из областей мозга, изучаемых в процессе исследования, не выделялась как основная при обнаружении цели; весь мозг, казалось, функционально активизировался при сознательном сигнале.

«Мы знаем, что существуют многочисленные сети мозга, которые управляют различными когнитивными функциями, такими как внимание, язык и контроль, каждый узел сети плотно связан с другими узлами в той же сети, но не в другой, — рассказал Маруа. — Сознание, похоже, ломает модульность этих сетей, поскольку мы наблюдали общее увеличение функциональной связи между этими сетями с сознанием».

Это исследование предполагает, что сознание, скорее всего, является продуктом широко распространенной связи и что мы можем утверждать, что видели те или иные вещи, только если они были представлены в мозге таким вот образом. Точно так же ни одна из частей мозга не является «местом обитания души», как предполагал Рене Декарт о шишковидной железе, но скорее сознание появляется как возникающее свойство при обработке информации, распространяющейся по всему мозгу.

«Мы считаем само собой разумеющимся унифицированный опыт о мире. Мы не испытываем визуальные или слуховые сигналы отдельно, они все объединены в единый сознательный опыт, — говорит Годвин. — Эта широкая сеть и выступает в качестве механизма, посредством которого сознание интегрируется в этот сингулярный мир».