Сознание - с точки зрения нейрофизиологии

Сознательный опыт — это знакомые каждому из нас душевные переживания, которые по большей части остаются загадочным продуктом мозговой деятельности. Каждый из нас понимает, что значит «быть в сознании», однако, как и в случае с интеллектом, сознание проще обнаружить, чем описать словами. Сознание одновременно описывают как простое проявление сложных мыслительных процессов и как субъективный опыт осознания («внутреннее Я»).

Несмотря на сложности с определением сознания как понятия, большинство ученых соглашаются с тем, что это процесс, связанный с обработкой информации, а не сущность. Например, зрение — это взаимодействие между сенсорными рецепторами, путями к стволу мозга и коре больших полушарий, а также обработка информации во многих областях мозга.

Наш зрительный опыт не является продуктом деятельности какой-либо области — это эмерджентное свойство, которое порождает целостное восприятие. Сознание позволяет нам обобщать такую интегрированную информацию, поступающую от различных мозговых систем, в т. ч. связанных с сенсорным восприятием, эмоциями, мышлением и т. д.

а) Как можно объяснить сознание? Бесчисленное множество людей, в том числе исследователей в области нейронауки, задавались вопросом, чем можно объяснить сознание — уровень восприимчивости разума к производимым органами чувств впечатлениям.

Простейшее объяснение состоит в том, что сознание представляет собой адаптацию, которая дает нам преимущество. Сознание способствует созданию сенсорной картины мира и выбору поведения. Давайте рассмотрим зрительное сознание.

Фрэнсис Крик и Кристоф Кох (Francis Crick, Christof Koch,1998) установили: такое животное, как лягушка, реагирует на зрительный входной сигнал совсем как зомби. Когда лягушки видят мелкие похожие на добычу объекты, они пытаются схватить их, а когда видят крупные объекты — начинают прыгать. Такие реакции регулируют разные зрительные системы; эти реакции в большей степени являются рефлекторными, чем сознательными. Лягушкам достаточно таких зрительных систем.

Зачем человеку понадобилось добавлять к ним сознание? По мнению Крика и Коха, рефлекторные системы хороши, когда их немного. По мере увеличения количества таких систем рефлекторные механизмы становятся неэффективными, особенно при наличии конфликта между двумя или более системами. Чем больше становится информации о событии, тем выгоднее становится создать единую сложную репрезентацию, сделав ее легкодоступной для различных отделов мозга (таких, как лобные доли), отвечающих за выбор одного из множества возможных вариантов плана действий. Такая устойчивая сложная репрезентация и есть сознание.

Очевидно, что для выживания нам нужно сохранить способность в случае необходимости быстро формировать реакцию, не управляемую сознанием. Такая способность к рефлекторным ответам сосуществует с нашей способностью к сознательной обработке информации. Сознание контролирует вентральный поток переработки зрительной информации и не контролирует дорсальный поток, который реагирует быстрее.

Работу не контролируемого сознанием дорсального потока переработки зрительной информации можно продемонстрировать на примере спортсменов. Чтобы ударить по бейсбольному или теннисному мячу, движущемуся со скоростью более 100 миль в час, спортсмену нужно замахнуться до того, как он осознает, что видит мяч. Осознание наступает уже после удара.

Марк Жанро и его коллеги (Marc Jeannerod; Castiello et al., 1991) провели серию экспериментов и обнаружили схожее расхождение между действиями и осознанием у здоровых добровольцев, совершавших хватательные движения. Пример такого эксперимента приведен в разд. ниже «Эксперимент 4». Участники эксперимента должны были как можно быстрее схватить один из трех рычагов. Включение лампочки показывало, что рычаг выбран правильно.

Во время некоторых тестов загоралась то одна, то другая мишень — участников эксперимента об этом не предупреждали. Их просили рассказать, имело ли место такое событие. Как показано в п. «Результаты», даже имея возможность скорректировать траекторию, участники иногда хватали правильную мишень до того, как видели, что загорелась лампочка на другом стержне.

В ряде случаев расхождение между двигательным и голосовым ответом было настолько велико, что участники, к их удивлению, хватали мишень примерно на 300 мс раньше, чем реагировали голосом. Как и в случае с бейсболистами, осознание факта стимуляции наступало только после двигательного ответа. Чтобы выполнить движение, не нужно было думать — точно так же лягушки ловят мух, не задумываясь об этом.

Неосознанные движения отличаются от движений, сознательно направленных на конкретный объект, например движений, которые мы совершаем, когда протягиваем руку к миске с мармеладками, чтобы выбрать мармеладку определенного цвета. В этом случае нам необходимо осознавать, какие цвета окружают нужный нам цвет. Для этого мы используем управляемый сознанием вентральный поток переработки зрительной информации, позволяющий различать стимулы и по-разному реагировать на них. Таким образом, сознание позволяет нам выбрать форму поведения в зависимости от интерпретации особенностей поступающих сенсорных сигналов.

б) Эксперимент 4. Может ли человек неосознанно менять свои движения?

Выводы. Расхождение между поведением и осознанием возможно.

в) Каковы нейронные механизмы сознания? Сознание должно быть как-то связано с активностью нервной системы, прежде всего переднего мозга. Одним из способов исследования таких систем является сравнение двух типов неврологических расстройств.

Человек с неврологическим расстройством первого типа не осознает некоторую часть информации, даже если обработка этой информации осуществляется неосознанно. Примерами таких расстройств являются слепозрение, зрительная агнозия, имплицитное обучение при амнезии и контралатеральное одностороннее пространственное игнорирование. Еще одним примером является обсессивно-компульсивное расстройство, при котором у человека наблюдается навязчивое стремление что-либо проверять (выключена ли духовка, заперта ли дверь), даже если он неоднократно это проверял.

Все перечисленные выше явления показывают, что обработка мозгом стимулов может происходить неосознанно. Это отличает их от неврологических расстройств второго типа, характеризуемых осознанием не существующих в реальности стимулов.

Примерами таких расстройств являются фантомные боли в ампутированных конечностях и галлюцинации при шизофрении. В обоих случаях присутствует осознание определенных событий, таких как боль в отсутствующей конечности или голоса в голове, даже если очевидно, что эти события ненастоящие.

Сравнение двух типов расстройств позволяет нам сделать два вывода. Во-первых, репрезентация видимого объекта или события должна быть распределена в разных отделах зрительной системы и, вероятно, в других зонах лобных долей. Повреждение разных областей не только вызывает различные симптомы, такие как агнозия или одностороннее пространственное игнорирование. Оно также может приводить к определенным нарушениям зрительного сознания. Нарушения функционирования могут стать причиной появления ложных восприятий, таких как галлюцинации.

Во-вторых, то, что зрительное сознание может быть нарушено, говорит о том, что за осознание должны отвечать элементы нейронной сети. Но как это работает? За последнее десятилетие было создано несколько теорий нейронных механизмов сознания. Мы коротко остановимся на трех таких теориях.

Во-первых, Антонио Дамасио (Antonio Damasio, 2012) сформулировал эволюционную теорию. Он утверждает, что древние организмы были примитивными — у них не было настоящей нервной системы. По мере усложнения организмов и увеличения количества составляющих их тела клеток развивалась нервная система, которая координировала активность их клеток. Возникли нейроны, которые взяли на себя ответственность за управление другими клетками.

После этого возникли чувствительность к внутренним изменениям (ин-тероцепция) и чувствительность к внешним раздражителям (экстероцепция). Усложнение нервной системы, необходимое для удовлетворения потребностей все более сложных организмов, повлекло за собой развитие побудительных стимулов, а именно способности выбирать выгодные возможности. Возникновение системы вознаграждения позволило максимально эффективно использовать мотивацию, а система активации (ретикулярная активирующая система) обеспечила максимально эффективную активацию других систем.

Такое развитие создало предпосылки для эволюции эмоций, позволивших максимально эффективно использовать шансы на выживание. Сенсорные системы становились все сложнее, а по мере усложнения и увеличения размеров коры больших полушарий у млекопитающих выросло количество механизмов репрезентации внешнего мира — это также было необходимо, чтобы максимально эффективно использовать побудительные стимулы. По мнению Дамасио, «разум» возник в результате расширения репрезентаций, что также обеспечило человеку эволюционное преимущество.

Такие репрезентации научились «чувствовать», так как они представляли собой нечто вроде репрезентации физической и социальной среды обитания индивида. Появление разума привело к появлению субъективного чувства собственного «я», которое, по мнению Дамасио, и было сознанием.

Ряд теорий, которые принято называть теориями сознания как интеграции информации, гласит, что сознание представляет собой способность интегрировать информацию (см. Thagard & Stewart, 2014). Каждое действие, позволяющее выбрать один из возможных вариантов, производит информацию, которая интегрируется в той мере, чтобы составить систему, значительно превосходящую исходную. Таким образом, объем информации, генерируемой всей системой в целом, превышает объем информации, генерируемой элементами системы независимо — именно так возникает сознание.

Из этого следует, что более сложный мозг генерирует больше информации, способствуя повышению уровня сознания. Особое место занимают теории сознания как интеграции информации, согласно которым совершенствование технологий компьютерной интеграции информации позволит получить обладающие сознанием компьютеры.

Еще одна теория, названная теорией семантических указателей (SPC; от англ, semantic pointer competition theory} (см. Thagard & Stewart, 2014), гласит, что сознание обуславливают три механизма: 1) формирование репрезентации окружающего мира как паттерна возбуждения популяций нейронов, 2) объединение репрезентаций в более сложные репрезентации, называемые семантическими указателями, а также (3) конкуренция семантических указателей, необходимая для фиксации наиболее важных аспектов текущего состояния организма. Иными словами, сознание — это процесс в нервной системе, который обеспечивают сложные нейронные сети.

В основе теории лежит понятие семантического указателя, который представляет собой особый тип нейронной репрезентации, способной интегрировать сенсорные, двигательные и эмоциональные репрезентации, а у человека еще и вербальные репрезентации.

Например, в нервной системе человека присутствуют множественные сенсорные репрезентации шоколада (такие как сладость, текстура, аромат), двигательные репрезентации (протягивание руки, хватание и жевание), эмоциональные репрезентации (шоколад как награда или любимое лакомство) и даже вербальные репрезентации («Он очень калорийный»), Более примитивные репрезентации объединяются в компактный образ, которым можно манипулировать. Однако семантические указатели сами по себе не объясняют феномен сознания.

У нас непрерывно формируется бесчисленное множество репрезентаций различных переживаний, и все они борются за наше внимание. Наши переживания, то есть все осознаваемые нами ощущения, чувства и мысли, являются результатом конкуренции семантических указателей — именно такой опыт называют сознанием.

Приведенный выше краткий обзор представляет собой наглядную иллюстрацию конкуренции между различными теориями возникновения сознания. Сознание может повышать эффективность других адаптивных процессов (эмоции, внимание, обучение) или быть побочным продуктом сложных процессов интеграции информации или конкуренции семантических указателей в нервной системе. Вопрос о том, какие области мозга отвечают за сознание, по-прежнему остается открытым.

Согласно общему мнению, существует два аспекта нейронных механизмов сознания: 1) уровень сознания (возбуждение/бодрствование), обусловленный активностью восходящих активирующих систем ствола головного мозга, и 2) «содержание» сознания, обусловленное связями между таламусом и корой больших полушарий (таламокортикальный путь). В этом разделе мы делаем упор на «содержание» сознания, поскольку возбуждение является необходимым, но недостаточным условием формирования сознания. Находящиеся в вегетативном состоянии пациенты с черепномозговыми травмами могут годами «бодрствовать» при полном отсутствии каких-либо очевидных признаков сознания.

Проведенные в последнее десятилетие исследования с использованием методов нейровизуализации позволили получить некоторые данные по областям мозга, связанным с «содержанием» сознания, однако в настоящий момент эти данные являются противоречивыми (см. обзор Storm et al., 2017). Также показано, что активность (или неактивность) различных областей может быть связана с разным содержанием переживаний. Можно предположить, что в дальнейшем совершенствование неинвазивных методов нейровизуализации и экспериментальных методов позволит лучше изучить нейронные корреляты сознания.

г) Закрепление изученного. Прежде чем продолжить, проверьте себя.
1. _________ — это уровень восприимчивости разума к создаваемым органами чувств впечатлениям.
2. _________ управляется сознанием, а более стремительно реагирующий дорсальный поток нет.
3. Нейронную репрезентацию, которая интегрирует сенсорные, моторные, эмоциональные и вербальные репрезентации, называют _________ .
4. Коротко опишите три приведенные в этом разделе теории нейронных механизмов сознания.

д) Ответы на вопросы для самоконтроля:
1. Сознание.
2. Вентральный поток переработки зрительной информации.
3. Семантическим указателем.
4. Эволюционная теория гласит, что по мере усложнения организмов возникла потребность в усложнении нервной системы, координирующей деятельность животного. Это повлекло за собой развитие побуждений и системы вознаграждения, эмоций, и в конце концов привело к появлению чувства собственного «Я» или сознания. Теория интеграции информации гласит, что сознание представляет собой способность интегрировать информацию. Теория семантических указателей гласит, что сознание — это процесс в нервной системе, который обеспечивают сложные нейронные сети.

- Читать далее "Резюме по мышлению мозга"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 7.12.2023