Изучение фазы длинного сна подтверждает голографическую теорию сознания

МЕНЮ


Новости ИИ
Поиск

ТЕМЫ


Внедрение ИИНовости ИИРобототехника, БПЛАТрансгуманизмЛингвистика, рбработка текстаБиология, теория эволюцииВиртулаьная и дополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информации

АРХИВ


Июль 2017
Июнь 2017
Май 2017
Апрель 2017
Март 2017
Февраль 2017
Январь 2017
Декабрь 2016
Ноябрь 2016
Октябрь 2016
Сентябрь 2016
Август 2016
Июль 2016
Июнь 2016
Май 2016
Апрель 2016
Март 2016
Февраль 2016
Январь 2016
0000

RSS


RSS новости
птичий грипп

Новостная лента форума ailab.ru

2017-06-08 14:01

Сознание нельзя локализовать в определенных отделах мозга: это продукт динамической интеграции нейронов, установили европейские нейропсихологи, изучающие фазу длинного сна. Новые данные подтверждают интегративную гипотезу сознания, восходящую к работам Александра Лурия и Льва Выготского.

Глубокий сон, когда сознание «исчезает», и бодрствование, когда оно «возвращается», — два режима функционирования мозга, сопоставляя которые можно приблизиться к решению одной из сверхзадач нейропсихологии — понять процессы, отвечающие за формирование сознания.

Так, связь между сновидениями и фазой быстрого сна (а именно на нее, как выяснилось, приходится наибольшее число снов, которые мы помним), открытая в начале 50-х годов прошлого века в одной из лабораторий Чикагского университета, стала одним из излюбленных объектов изучения нейропсихологов (особенно европейских), так как в ней парадоксально сочетаются характеристики глубокого сна, когда мозг функционирует как «черный ящик» с выключенными каналами входа/выхода, и ЭЭГ-активность, свойственная бодрствующему мозгу.

Между тем фаза быстрого сна не является в полной мере «бессознательной»: в этой фазе человек может не только осознавать себя, но даже контролировать свое поведение в мире сна. И недавние эксперименты с МРТ-сканированием мозга гипнонавтов, проведенные в Германии и даже позволившие декодировать некоторые элементы сновидений, подтвердили реальность осознанных снов, как бы парадоксально это ни звучало.

Но что происходит с мозгом в фазе медленного сна (ФМС), точнее во второй её стадии, когда сознание отключается, а также в третьей и четвертой (самой глубокой) стадиях этой фазы?

Исследованием ФМС занимается команда разнопрофильных специалистов из лаборатории циклотрона Университета Льежа (Бельгия), Национального института здравоохранения и медицинских исследований при Университете Пьера и Мари Кюри (Париж) и Института гериатрии в Монреале (Канада), чью статью «Иерархическая кластеризация активности человеческого мозга в фазе медленного сна» публикует Proceedings of the National Academy of Sciences.

Авторы статьи сразу отмечают «фундаментальную трудность в определении границ своего исследования» в ситуации, когда отсутствует элементарный консенсус, что именно следует понимать под феноменом «сознания», не говоря о том, благодаря чему этот феномен возникает и удерживается, когда мы не спим. Между тем никакие определения не отменяют факта, что в фазе медленного сна сознание, что бы мы под ним ни понимали, либо сильно подавлено, либо отсутствует — в полную противоположность бодрствованию.

Возможно, что, сравнивая эти два режима, можно приблизиться к пониманию того, как именно формируется сознание, понять, чем нейроактивность в фазе медленного сна отличается от режима бодрствования.

Похоже, выбранная методика принесла свои плоды:

результаты исследования вышли довольно парадоксальными, а нейрофизиологическая «машинерия», сопутствующая включению и выключению сознания, более понятной.

Как заявляют авторы, целью исследования было проверить гипотезу нейропсихолога Джулио Тонони о сознании как адаптивной способности мозга динамически интегрировать потоки информации. C помощью нового метода, позволяющего замерять обмен сигналами между группами нейронов на основе данных ЭЭГ и функциональной МРТ, были изучена активность мозга у 13 людей, находившихся в состоянии медленного сна и бодрствования.

В противоположность локально-функциональному подходу, связывающему с сознанием определенные и/или специфически коммутированные структуры головного мозга, интегративная модель Тонони представляет сознание как перманентный динамический процесс связывания нейронов, мгновенно, в течение долей секунды меняющий нейрофизиологическую локализацию (гипотеза «динамического ядра»).

Гипотеза Тонони согласуется с наблюдениями нейропсихолога Александра Лурия (1902–1977), ученика выдающегося русского психолога Льва Выготского (1896–1934), чьи работы сильно повлияли на развитие западной нейропсихологии, и объясняет, например, почему при сильных травматических поражениях мозга может сохраняться память и высшие психические функции. В этом смысле сознание можно сравнить с голограммой, которая не исчезает, даже если отрезать куски от фотопленки, на которой запечатлен кодирующий трехмерное изображение двумерный интерференционный рисунок — паттерн.

Из-за этого сходства интегративную гипотезу сознания иногда еще называют голографической.

В сканировании мозга методы ЭЭГ и ФМРТ имеют каждый свои недостатки и преимущества.

ЭЭГ позволяет отслеживать электрическую активность мозга с миллисекундным разрешением, но плохо справляется с локализацией этой активности. Функциональная МРТ, наоборот, с ювелирной точностью локализует идущие в тканях процессы, но делает это слишком медленно, чтобы представить их в динамике. Комбинируя оба метода с помощью специальной математической модели, авторам статьи удалось проследить, как в течение медленной фазы сна реконфигурируются связи в нейросети мозга — конечно, не на уровне отдельных нейронов (современная технология делать это пока не позволяет), а на уровне групп нейронов (кластеров), — и сравнить данные с картиной, полученной тем же методом в период бодрствования.

Результаты оказались неожиданными.

Выяснилось, например, что во время фазы медленного сна обмен информацией между нейронами существенно возрастает, а не падает. В то же время маршрутизация обмена выглядит иначе в сравнении с периодом, когда человек не спит: во время ФМС обмен сигналами растет между небольшими кластерами нейронов, сгруппированными в каком-нибудь одном участке мозга, в то время как коммуникация с кластерами, расположенными в других участках, падает. Иначе говоря, во время ФМС крупные иерархически организованные нейросети с длинными связями между узлами, связывающими различные участки мозга, разбиваются на более мелкие и независимые модули, сгруппированные по «территориальному» признаку.

Такая модульная топология с преобладанием коротких связей делает интеграцию данных затруднительной, что подтверждает интегративную гипотезу сознания, которое во время ФМС «выключается». В частности, она объясняет, почему сны в длинной фазе запоминаются намного хуже, чем в фазе быстрого сна, когда сознание «включено» (точнее даже говорить «собрано»), а также феномен лунатизма — еще одного специфичного проявления длинной фазы (придя в сознание, лунатики не помнят, что во сне они совершали квазиосмысленные действия).

Дезинтеграция нейросети при переходе ко сну представляет собой серию фазовых переходов между разными конфигурациями нейросвязей, сопровождаемых эволюцией волнового ландшафта мозга с постепенным вытеснением быстрых ритмов более медленными. Эти переходы соответствуют четырем стадиям ФМС — от стадии с преобладанием альфа- и тета-ритмов, к четвертой, самой глубокой стадии медленного сна с преобладанием высокоамплитудных волн с частотой 2 Гц (дельта-волны).

Парадоксально, но если понимать под активностью мозга объем информации, циркулирующей между его субъединицами, то в самой медленной дельта-стадии мозг продолжает оставаться активным, и даже, как показали расчеты, более информационно активным, чем во время бодрствования, за счет реконфигурации нейросети — увеличения числа коротких связей между более мелкими узлами. Во время ФМС продолжается обмен данными в этих локальных «минисетях» мозга, так что совокупный объем обрабатываемой информации не снижается при более низком уровне активности (дельта-ритм).

В свою очередь, другое фазовое состояние мозга — «суперсеть» — соответствует другой топологии нейросети и другой ритмической картине с преобладанием высокочастотных волн, когда мозг начинает обрабатывать сигналы, поступающие извне.

Схематично результаты экспериментов можно представить так: 1) дезинтеграция нейросети — компенсаторное увеличение числа коротких связей между более мелкими группами нейронов — низкая частота колебаний — «сознания» нет; 2) интеграция нейросети — установление длинных связей между более крупными нейрокластерами — увеличение частоты колебаний — «сознание» есть.

Сопоставляя сон и бодрствование, мы продолжаем разделять стадии функционирования мозга на «сознательные» и «бессознательные», но похоже, такие определения условны: мозг никогда не перестает обрабатывать информацию, только происходит это по различным топологическим сценариям связывания нейронов. Похоже, что «сознание», какой бы разный смысл мы ни вкладывали в данное понятие, — это хоть и важный герой, но регулярно и надолго исчезающий со сцены, как бы подчеркивая, что смысл представления (эволюции и функционирования мозга) заключается не только в нем.


Источник: www.gazeta.ru