Нейробиологи впервые наблюдали, как в глубине мозга появляется сознание

Нейробиологи впервые наблюдали, как активизируются структуры глубоко в мозге, когда мозг осознает собственные мысли, то есть переходит в состояние осознанного восприятия.


Внутренние структуры мозга трудно исследовать без хирургического вмешательства. K H Fung/Science Photo Library

Мозг постоянно бомбардируют образы, звуки и другими стимулами, но люди осознают только некоторые сигналы окружающего мира, — вкус шоколада или звук знакомого голоса.

Исследователи давно знают, что кора головного мозга, играет важную в осознании восприятия. Гораздо сложнее выяснить участие более глубоких структур мозга в процессе, поскольку к ним можно получить доступ только с помощью инвазивной хирургии. Но изучение этих областей позволило бы исследователям расширить теории сознания за пределы внешней оболочки мозга.

Нейробиологи из Пекинского нормального университета впервые наблюдали, как активизируются структуры глубоко в мозге, когда мозг осознает собственные мысли, то есть переходит в состояние осознанного восприятия. Работа опубликована в журнале Science.

«Область исследований сознания вызвала много критики и скептицизма, потому что это явление крайне очень трудно изучать», — говорит Лиад Мудрик, нейробиолог из Тель-Авивского университета в Израиле, не принимавшая участия в работе. Еще недавно сознание ускользало, но ученые все чаще используют систематические и строгие методы для исследования сознания, говорит она.

Осознанное и неосознанное

Электроды вводят в ядра таламуса при многих болезнях, в том числе при болезни Паркинсона.

Нейробиолог Минша Чжан в новом исследовании сосредоточился на таламусе. Эта область в центре мозга участвует в обработке сенсорной информации и рабочей памяти и, как полагают, играет роль в сознательном восприятии.

Участники эксперимента проходили терапию от сильных и постоянных головных болей. Для лечения им глубоко в мозг — прямо в таламус — ввели тонкие электроды. Это позволило Чжану и его коллегам изучить сигналы мозга пациентов и измерить осознанное восприятие.

Участников попросили двигать глазами определенным образом в зависимости от того, замечали ли они вспышку значка на экране перед собой. Значок был разработан таким образом, что участники осознавали его появление только примерно в половине случаев.

Во время выполнения заданий исследователи регистрировали нейронную активность в нескольких областях мозга, включая таламус и кору. Это первый случай, когда такие записи были сделаны у людей, выполняющих задачу, связанную с наукой о сознании. Эксперимент позволил команде увидеть, как различается время нейронной активности в разных областях при осознанном восприятии.

Привратник

Интраламинарные и медиальные ядра таламуса (imTha) играют ведущую роль в осознанном восприятии человека. Связанная с сознанием нейронная активность в imTha возникает раньше и сильнее, чем в вентральных ядрах (vTha) и префронтальной коре (PFC), а связанная с сознанием информация первоначально поступает из imTha в PFC во время зарождения осознанного восприятия человека.

Активность в таламусе и префронтальной коре участников, когда они осознавали появление значка, заметно отличалась от активности, когда они этого не осознавали. Активность, когда они осознавали появление значка, появлялась раньше и была сильнее в участках таламуса, чем в участках коры, и, по-видимому, координировалась между двумя областями. Это говорит о том, что таламус действует как фильтр и контролирует, какие мысли доходят до сознания, а какие нет, говорит Мак Шайн, системный нейробиолог из Сиднейского университета.

Предыдущие исследования на животных подтверждают эти выводы. В статье 2020 года исследователи использовали магниты для перемещения усов мыши ровно настолько, чтобы мыши замечали это примерно в половине случаев. Животных обучали лизать струйку воды, когда они чувствовали движение. Исследователи обнаружили, что клетки в коре головного мозга, которые активировались, когда мыши замечали движение усов, проецировались в более глубокие области мозга, включая таламус.

Новое исследование является «одним из самых подробных и обширных исследований роли таламуса в сознании», говорит Мудрик. Но все еще остается вопрос о том, действительно ли задача захватывала нейронную активность, связанную с сознательным опытом, или просто отслеживала внимание к стимулу, который не обязательно воспринимался сознательно, говорит она.

Чжан планирует провести больше экспериментов на людях и подробно изучить мозговую активность у макак.
Читать далее →