Мозг под наркозом продолжал расшифровывать речь и предсказывать следующие слова

Исследователи Медицинского колледжа Бэйлора обнаружили, что человеческий мозг способен к сложной языковой обработке в бессознательном состоянии, вызванном общей анестезией. Результаты работы, опубликованные в журнале Nature, ставят под сомнение устоявшиеся представления о роли сознания в когнитивных процессах.

Доктор Самир Шет, профессор нейрохирургии, заявил: «Наши находки показывают, что мозг гораздо активнее и способнее в бессознательном состоянии, чем считалось ранее. Даже когда пациенты полностью находятся под наркозом, их мозг продолжает анализировать мир вокруг них».

Как проходило исследование

Ученые записывали нейронную активность из сотен отдельных нейронов в гиппокампе — области мозга, связанной с памятью, — у пациентов под общей анестезией во время операций по поводу эпилепсии. Используя зонды Neuropixels, которые ранее не применялись в этой части мозга, команда собрала данные о том, как мозг обрабатывает звук и речь без сознательного восприятия.

Сначала пациентов подвергали воздействию повторяющихся тонов, которые изредка прерывались другим звуком. Исследователи обнаружили, что нейроны гиппокампа способны различать эти необычные тоны, и эта способность улучшалась со временем, что указывает на форму обучения или нейронной пластичности под наркозом.

Обработка речи без сознания

Затем исследователи провели более сложный эксперимент: пациентам проигрывали короткие рассказы, одновременно записывая нейронные ответы. Гиппокамп продемонстрировал обработку речи в реальном времени. Нейронная активность показала способность мозга различать части речи — существительные, глаголы и прилагательные — на основе паттернов срабатывания нейронов.

Еще более удивительным оказалось то, что нейронные сигналы могли предсказывать следующие слова в предложении. Доктор Шет отметил: «Мозг, кажется, предвосхищает то, что произойдет дальше в рассказе, даже без сознательного осознания».

Доктор Бенджамин Хайден, профессор нейрохирургии, добавил: «Этот тип предсказательного кодирования мы обычно связываем с состоянием бодрствования и внимания, но здесь он происходит в бессознательном состоянии».

Что это значит для понимания сознания

Эти открытия показывают, что когнитивные функции, такие как понимание речи и предсказание, не требуют сознания. Сознание может зависеть от более широкой координации между областями мозга, а не от активности внутри одной структуры, такой как гиппокамп.

Активность мозга под наркозом также имитирует предсказательное поведение, наблюдаемое у систем искусственного интеллекта. Способность мозга предсказывать следующие слова похожа на то, как большие языковые модели генерируют текст. Эти открытия помогают исследователям понять, как биологические и искусственные системы обрабатывают информацию.

Практическое применение

Исследование может стать шагом к разработке новых технологий для коммуникации, таких как речевые протезы для людей, которые не могут говорить из-за инсульта или травмы.

Доктор Виги Катловиц, первый автор статьи и ординатор по нейрохирургии, пояснил: «Можем ли мы использовать эти сигналы для развертывания и управления речевым протезом для тех частей мозга, которые повреждены инсультом или травмой? Это вопросы, которые мы теперь можем рассматривать применительно к этой части мозга».

Ограничения исследования

Результаты относятся к одному типу анестезии и могут не распространяться на другие бессознательные состояния, такие как сон или кома. Исследование также рассматривало только одну область мозга, и неизвестно, насколько широко эти процессы распространены в других его областях.

Доктор Шет заключил: «Эта работа заставляет нас переосмыслить, что значит быть сознательным. Мозг делает гораздо больше за кулисами, чем мы полностью понимаем».

Вопрос, который остается: если гиппокамп — структура, анатомически и функционально удаленная от первичных сенсорных кортиков, — способен на такую сложную обработку без сознания, то где именно в мозге проходит граница между сознательной и бессознательной обработкой информации? И что происходит с предсказательными способностями мозга в других бессознательных состояниях — например, во сне сновидений или в глубокой коме?