Новая теория организации мозга проливает свет на тайну сознания?

То, как формируется сознание человека — одна из самых сложных загадок мозга. Американские ученые, вдохновившись законами термодинамики, выдвинули новую теорию организации нейронных сетей, порождающих память, мысли и сознание. Об этом сообщает EurekAlert.

Ученые давно предполагали, что сознание возникает из координированной активности нейронов. Однако ни одна из гипотез прямо не отвечает на сложный вопрос: на каких условиях формируется сознание?

Новая теория объединяет классическую физику, в частности, некоторые законы термодинамики, с известными данными о нейронной активности. Так ученые описали генеральный принцип: изменения в свободной энергии — количество энергии, доступной внутри системы — помогают временно синхронизировать деятельность нейронных сетей.

Во время сознательного состояния мозг должен активно интегрировать и отделять информацию от разных органов чувств, поэтому он использует больше энергии, чем в бессознательном состоянии. Изучив нейронную активность людей во время бодрствования, сна, комы и приступов, ученые обнаружили, что энтропия во время сознательного состояния выше, чем в во время бессознательного. Энтропия как концепция может измеряться многими способами, в данном случае она связана с количеством конфигураций синхронизированных, или связанных, нейронных сетей.

Как отмечают исследователи, по мере того как все больше нейронов связываются между собой, тем более рассеивается энергия. Созданные модели, использующие термодинамические уравнения, показывают, что в здоровом сознательном состоянии мозг обладает большей тенденцией к рассеиванию энергии.

Однако дело не только в том, сколько свободной энергии находится в мозге. Каждое состояние состоит из нескольких микросостояний. Так, в осознанном режиме мозг имеет оптимальное количество соединенных нейронных сетей, и множество микросостояний поддерживает этот режим. Напротив, в бессознательном состоянии становится слишком много нейросетей, соединенных между собой, а микросостояний меньше. Следовательно, снижение энтропии и увеличение свободной энергии приводят к нарушениям в работе мозга.

«Поддержание здоровых состояний мозга — это не вопрос общего количества энергии в мозге, а, скорее, того, как эта энергия организована», — пишут авторы.

Они предложили интерпретацию процесса, когда нормальная деятельность мозга может переходить в нездоровое состояние, например, при эпилептическом припадке. Когда нейроны становятся гиперактивными, это приводит к более высокой синхронности, которая либо длится слишком долго, либо затрагивает очень широкую область мозга. Другими словами, мозг останавливается в слишком стабильном состоянии. В результате энтропия мозга снижается, ухудшается способность формировать различные паттерны мозговой активности. У него становится меньше микросостояний, что приводит к меньшему числу конфигураций взаимодействующих нейронных сетей. А это, в свою очередь, лишает мозг его обычной способности быстро адаптироваться к внешнему миру и его воздействию.

Таким образом, теория позволяет отделить здоровые осознанные состояния от бессознательных и может быть использована для дальнейшего исследования того, что происходит во время перехода из одного состояния в другое — от здравомыслия к безумию.

Комментарии: