Новая теория сознания

Природа сознания – одна из глобальных задач науки. Новая теория, построенная на синтезе теорий нейронных сетей и термодинамики, рассматривает высокоуровневую перспективу организации нейронных сетей в мозге, которые генерируют воспоминания, мысли и сознание.

Ключ сознания – динамика электромагнитных волн, когда нейроны одновременно возбуждаются и тормозятся для обработки информации. При детальном анализе, модели их активности синхронизируются как волны в океане. Этот процесс по своей сути руководствуется принципами термодинамики. Это как невидимая рука, которая направляет развитие нейронных связей, способствуя работе сознания. Нарушения в этом процессе приводят к сбоям в синхронизации нейронных сетей, вызывая неврологические расстройства: эпилепсию, аутизм или шизофрению.

Используя принципы термодинамики, такие как энергетические градиенты, уровень рассеивания и подход к энергетическому балансу, мы можем понять почему и как происходят те или иные психические «особенности» и где они отклоняются до уровня невропатологических состояний.

Автор исследования доктор Хосе Л. Перес Веласкес.

Энергетические центры как основной принцип

Ученые давно выдвигали гипотезу, что сознание рождается в скоординированной активности сети нейронов, широко распространенных в мозге. Глобальная теория рабочего пространства, утверждает, что некоторые области мозга интегрируют информацию в пространстве и времени из большого количества связанных областей мозга. Так рождаются данные, которые одновременно доступны для различных процессов, таких как память, внимание и речь. Другая гипотеза, Интегрированная Теория Информации, полагает, что сознание – продукт взаимных связей мозга, и степень его выраженности можно определить количественно. Напомним, что в книге Юваля Ноя Харари «Homo Deus» представлена еще одна гипотеза, которая утверждает, что сознание – побочный продукт эволюции. Автор сравнивает сознание с гулом двигателя. Шум свидетельствует о работе, но не является сам по себе маркером работоспособности.

Несмотря на десятилетия работы, эти теории не затрагивают более сложную задачу: какими принципами руководствуются эти связи, генерируя сознание в мозге? Поскольку все больше усилий направляется на коммуникацию с пациентами в коме и категориям сознания в интеллектуальных машинах, конкретика биологических принципов, определяющих организацию мозга, становится все более важным аспектом.

Новая работа объединяет классическую физику, в частности законы термодинамики, с зафиксированными всплесками нейронной активности. В результате ученые создали общую схему того, как изменения в свободной энергии – количество энергии, доступной внутри системы – помогает временно синхронизировать нейронные сети.

Во время нахождения в сознании, мозг должен активно интегрировать и сепарировать информацию, которая поступает от разных органов чувств и поэтому мозг потребляет больше энергии, чем в бессознательном состоянии. Используя доступные нейронные записи участников исследования, которые были в состояниях сознания, сна, комы и эпилептических приступов – их мозг расценивался исследователями как «макросостояние». Понятное дело, что команда ученых обнаружила, что энтропия мозга в сознании была выше, чем во время бессознательных состояний. Как концепция, энтропия может интерпретироваться и измеряться многими конкретными способами. Здесь энтропия связана с количеством конфигураций синхронизированных или «связанных» мозговых сетей.

Энергия рассеивается по мере того, как все больше нейронов задействуют связи. Модели, использующие термодинамические уравнения, показывают, что здоровое состояние человека в сознании имеет тенденцию к большей диссипации.

Автор исследования доктор Хосе Л. Перес Веласкес

А что о свободной энергии?

Каждое макросостояние состоит из нескольких изменяемых микросостояний. Во время сознательной работы мозг использует оптимальное количество нейронных сетей и еще много микросостояний для поддержки познания. Напротив, во время бессознательных состояний, таких как эпилепсия, задействуется слишком много нейронных сетей, что приводит к меньшему количеству микросостояний – и, следовательно, к спаду энтропии и увеличению свободной энергии, что приводит к нарушениям работы мозга.

Поддерживать здоровое состояние мозга и увеличивать общее количество энергии в мозге – это разные вещи. Важно то, как именно мозг организовывает свою свободную энергию.

Коллективное мнение авторов исследования.

Общий принцип организации мозга

Подход к организации энергии в мозге посредством энергетических градиентов и принципов рассеивания объединяется в новую теорию – или условно «критерий» – который может отделить здоровое нахождение в сознании от бессознательного состояния. Таким образом, ученые полагают, что их подход может быть использован для дальнейшего выяснения специфики проблем с сознанием, например, при эпилептических припадках.

Используя этот принцип, команда предложила интерпретацию того, как нормальная деятельность мозга может переходить в ненормальное состояние. Когда нейроны гиперактивируются, это приводит к более интенсивной синхронизации, которая либо длится слишком долго, либо достигает обширных областей мозга. Другими словами, мозг фиксируется в самоподдерживающемся состоянии. Эта идея согласуется с предыдущей интерпретацией сознания, подробно изложенной в принципе «Континуум поведения мозга», тонком переходе между здравомыслием и безумием.

В результате мозг переходит в меньшую энтропию и, следовательно, теряет способность менять паттерны активности. То есть у него падает количество микросостояний, что приводит к меньшему количеству вариантов для взаимодействия нейронных сетей. Это, в свою очередь, лишает мозг обычной способности быстро и гибко адаптироваться к внешнему миру. В некоторых случаях, вплоть до потери сознания.

Команда сейчас представила эксперименты для проверки теории. Д-р Диего М. Матеос из Института математики и прикладной науки LICOTRA-CONICET-UNL в Санта-Фе, Аргентина, и доктор Рамон Гевара Эрра из Лаборатории психологии восприятия CNRS в Париже, Франция, также внесли свой вклад в эту работу.

Работа представляет собой один проект, финансируемый Novela Neurotech, компанией, занимающейся исследованием интерфейса мозга, она расположена в Аламеде, штат Калифорния. Основная деятельность заложена в борьбе с эпилепсией и подстегивается интересом к раскрытию нейробиологического механизма, лежащего в основе сознания.

Novela стремится сотрудничать с сообществом исследователей нейробиологии, чтобы осветить тайну сознания. Если мы хотим управлять и лечить нервно-психические заболевания, мы должны узнать, как работает мозг.

Рэй Искандер, генеральный директор Novela Neurotech.

Автор: Филипп Дончев

Ссылка: https://neurosciencenews.com/associated-memory-learning-15126/

Источник: m.vk.com

Комментарии: