Наркоз не отключает языковые центры мозга

Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора обнаружили, что человеческий мозг способен выполнять сложные языковые задачи даже в состоянии полной бессознательности под общей анестезией. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, ставят под сомнение устоявшиеся представления о связи между сознанием и когнитивными процессами. Открытие также даёт новые возможности для будущих исследований памяти, языка и интерфейсов между мозгом и компьютером.

Как пояснил доктор Самир Шет, профессор и заведующий кафедрой нейрохирургии в Бейлоре, полученные данные показывают, что мозг во время бессознательности гораздо активнее и способнее, чем считалось ранее. Даже когда пациенты полностью погружены в наркоз, их мозг продолжает анализировать окружающий мир.

Чтобы изучить возможности бессознательного мозга, Шет и его коллеги записали активность сотен отдельных нейронов в гиппокампе — области мозга, связанной с памятью. Записи проводились во время операций по лечению эпилепсии, когда пациенты находились под общей анестезией. Эти процедуры дали исследователям редкую возможность напрямую изучать эту часть мозга.

Команда использовала зонды Neuropixels — передовую технологию, которая ранее не применялась в гиппокампе для подобных исследований. Это позволило учёным наблюдать, как мозг реагирует на звуки и язык, даже когда пациенты не имели сознательного восприятия.

В первом эксперименте пациентам проигрывали серию повторяющихся тонов с редкими неожиданными звуками. Исследователи обнаружили, что нейроны в гиппокампе последовательно реагировали на эти необычные сигналы. Более того, со временем мозг становился лучше в их распознавании, что указывает на продолжающееся обучение или нейропластичность даже во время анестезии.

Затем исследователи усложнили эксперимент, включив короткие рассказы и продолжая записывать активность мозга. Гиппокамп продемонстрировал чёткие признаки обработки языка в реальном времени. Нейронные паттерны показали, что мозг способен различать разные части речи — существительные, глаголы и прилагательные.

Команда сделала ещё одно неожиданное открытие: по нейронным сигналам можно было предсказывать предстоящие слова до того, как они были произнесены. Как отметил Шет, мозг предвосхищает продолжение истории даже без осознания этого процесса. Доктор Бенджамин Хейден, профессор нейрохирургии в Бейлоре, подчеркнул, что такого рода прогнозирование обычно ассоциируется с состоянием бодрствования и внимания, однако здесь оно происходит в бессознательном состоянии.

Полученные данные указывают на то, что важные когнитивные способности, включая понимание языка и прогнозирование, могут не зависеть от сознательного восприятия. Само сознание может возникать из взаимодействия между различными областями мозга, а не из активности в пределах одного участка, такого как гиппокамп.

Исследователи также отметили сходство между прогностическим поведением мозга и работой искусственного интеллекта. Подобно тому, как большие языковые модели генерируют текст, предсказывая следующее слово, гиппокамп, по-видимому, делает аналогичные прогнозы во время обработки языка. Понимание этих общих принципов может помочь учёным лучше понять как биологический, так и искусственный интеллект.

Работа также может способствовать развитию будущих коммуникационных технологий, включая речевые протезы для людей, потерявших способность говорить. Доктор Виги Катловиц, первый автор исследования и ординатор по нейрохирургии в Бейлоре, отметил, что теперь можно рассматривать возможность использования этих сигналов для создания речевых протезов для тех частей мозга, которые повреждены инсультом или травмой.

Исследователи предупреждают, что к результатам следует относиться с осторожностью. В исследовании изучался только один тип общей анестезии, поэтому результаты могут не относиться к другим бессознательным состояниям, таким как сон или кома. Кроме того, исследование было сосредоточено на одной области мозга, и остаётся неясным, насколько широко эти процессы происходят по всему мозгу.

Шет подчеркнул, что эта работа заставляет переосмыслить само понятие сознания. Мозг делает гораздо больше за кулисами, чем мы полностью осознаём.