Как възниква съзнанието в мозъка? Ново изследване повдига завесата

Хората са се научили да пътуват през космическото пространство, да изкореняват болести и да разбират природата на изумително ниско ниво на фундаментални частици. И в същото време нямат представа как съзнанието – способността ни да преживяваме и научаваме за света по този начин и да го докладваме на другите – възниква в мозъка.

Всъщност, докато учените са били заети с разбиране на съзнанието в продължение на векове, то един от най-важните въпроси остава без отговор от съвременната неврология.

Сега ново проучване, публикувано в Science Advances, хвърля светлина върху мистерията, като разкрива мрежи в мозъка, които работят, когато сме в съзнание.

Това не е просто философски въпрос. Определянето на това дали пациентът е „наясно“ т.е. с ясно съзнание, след тежко увреждане на мозъка е огромно предизвикателство, както за лекарите, така и за семействата, които трябва да вземат решения за съответни грижи. Съвременните техники за изобразяване на мозъка започват да вдигат тази завеса, давайки безпрецедентни прозрения в човешкото съзнание.

Например, че сложни мозъчни области, включително префронталния кортекс или precuneus, които са отговорни за редица по-висши когнитивни функции, обикновено са отговорни за съзнателната мисъл. Въпреки това, големите мозъчни области имат много и различни функции и извършват много различни неща… Затова за учените участвали в новото изследване на мозъка е било важно да разберат, как съзнанието е представено в мозъка на ниво специфични мрежи.

Причината, поради която е толкова трудно да се проучи съзнанието е, че то е изцяло вътрешен и недостъпен за другите процес.

Например, двама души може да гледат една и съща картина на екраните си, но няма начин да се определи дали опитът на първия да видя тази картина е подобен на този на другия, освен ако те не споделят за това. Само съзнателни индивиди могат да имат субективни преживявания и затова най-прекият начин да се оцени дали някой е в съзнание е да бъде накаран да разкаже за изживяванията си.

Но какво ще стане, ако даден индивид загуби способността си да говори? В този случай все още може да му се зададат няколко въпроса и той да надпише отговорите си или да отговори като кима с глава или движи ръката си. Разбира се, информацията, която би била получена по този начин, не би била толкова богата, но все пак ще е достатъчна за да се знае, че индивидът има ясно съзнание. Ако все пак той не е успял да даде никакви отговори, няма да има начин да се разбере дали е в съзнание и вероятно ще се предположи, че не е.

Новото проучване е продукт на сътрудничество между седем държави и идентифицира мозъчни сигнатури, които могат да показват съзнание, без да разчитат на самооценка или нуждата пациенти да се ангажират с определена задача, за да се разграничат съзнателни и несъзнателни процеси след мозъчни травми.

Когато мозъкът е силно повреден, например при сериозно пътнотранспортно произшествие, хората могат да се окажат в кома. Това е състояние, при което е загубена способността да се осъзнава обкръжението и е нужна механична подкрепа за дишането. Обикновено това състояние не продължава повече от няколко дни. След това, пациентите понякога се събуждат, но не показват никакви доказателства, че имат някаква представа за себе си или за света около тях – това е известно като „вегетативно състояние“.

Друга възможност е, че те показват само доказателства за много минимално осъзнаване – наричано „минимално съзнателно състояние“. За повечето пациенти това означава, че мозъкът им все още възприема нещата, но те не ги усещат. Малък процент от тези пациенти са в съзнание, но просто не могат да произведат каквито и да било поведенчески реакции.

При това изследване, учените използват техника, известна като „функционална магнитно-резонансна визуализация“ (fMRI), която им позволява да измерват активността на мозъка и начина, по който някои региони в него общуват с други. По-конкретно, когато мозъчната област е по-активна, тя консумира повече кислород и се нуждае от по-високо кръвоснабдяване, за да отговори на изискванията. С тази техника може да бъдат открити промените и как те варират в различните мозъчни райони, дори когато участниците са в покой.

Методът е използван при 53 пациенти във вегетативно състояние, 59 души в минимално съзнателно състояние и 47 здрави участници. Те са настанени в болници в Париж, Лиеж, Ню Йорк, Лондон и Онтарио. Пациентите от Париж, Лиеж и Ню Йорк са диагностицирани чрез стандартизирани поведенчески оценки, като например да бъдат помолени да движат ръка или да мигат с око. За разлика от тях, пациентите от Лондон са били оценени с други напреднали техники за визуализация на мозъка, които са ги карали да модулират мозъка си, за да произведат нервни реакции, вместо външни физически – като например да си представят движещата се ръка, вместо да я движат.

Учените са открили два основни модела на комуникация между регионите в мозъка. Един от тях просто отразява физически връзки на мозъка, като комуникация само между двойки региони, които имат пряка физическа връзка помежду си. Това се наблюдава при пациенти без практическа съзнателна дейност и опит. Другият представлява много сложни динамични взаимодействия в мозъка в група от 42 мозъчни области, които принадлежат на шест мозъчни мрежи с важни роли в познанието. Този сложен образец присъства само при хора с известно ниво на съзнание.

Важно е, че този сложен модел изчезва, когато пациентите са били в дълбока анестезия, потвърждавайки, че методите са наистина чувствителни към нивото на съзнание на пациентите, а не към тяхното общо мозъчно увреждане или външна реакция.

Според водещия учен в изследването, Давина Фернандес Еспейо от университета в Бирмингам, подобни изследвания имат потенциал да доведат до разбиране за това, как обективните биомаркери могат да играят решаваща роля в процеса на вземане на медицински решения.

В бъдеще е възможно да се разработят начини за външно модулиране на тези съзнателни сигнатури и да се възстанови известна степен на осведоменост или отзивчивост при пациенти, които са ги загубили, например чрез използване на неинвазивни техники за мозъчно стимулиране, като транскраниална електрическа стимулация.

Изследването също е стъпка по-близо до разбирането как съзнанието възниква в мозъка, като дава повече данни за нервните сигнатури при хора, изпитващи различни изменени състояния на съзнанието.