Учёные нашли физическое доказательство существования сознания

Как человеческое существо, вы знаете, что вы обладаете сознанием. Но гораздо труднее точно определить, из чего это сознание состоит. Субъективное переживание самого себя, которое кажется таким нематериальным, до сих пор не было привязано к какой-либо конкретной структуре или функции в физическом теле. Однако случайное открытие, сделанное в ходе медицинского исследования, возможно, выявило, что особый тип мозговой активности отвечает за эту загадку, которую мы называем сознанием.

Когда когнитивные нейробиологи Тобиас Штаудигль и Элизабет Кауфман из Университета Людвига Максимилиана в Мюнхене записывали активность мозга пациентов с эпилепсией, которым имплантировали электроды для глубокой стимуляции мозга, они не надеялись разрешить извечную загадку сознания. Электроды, помещённые в таламус (отдел мозга, отвечающий за передачу сенсорных сигналов в кору, а также участвующий во внимании и восприятии), позволяли исследователям напрямую регистрировать активность таламуса в краткий послеоперационный период, прежде чем стимулятор был включён.

Неожиданное открытие

Во время работы с пациентами с эпилепсией Штаудигль и Кауфман наблюдали ранее неизвестную активность в их таламусах. Когда пациенты либо бодрствовали, либо погружались в фазу быстрого сна (так называемый REM-сон), таламус производил всплески быстрых колебаний (от девятнадцати до сорока пяти герц). Эти колебания были и более высокими по частоте, и более частыми по возникновению, чем медленные веретёна сна, наблюдаемые во время медленного (не-REM) сна.

Фаза быстрого сна считается более «сознательной», чем медленный сон, из-за характерных для неё движений глаз и ярких сновидений. Доминирующие колебания во время медленного сна известны как сонные веретёна — короткие всплески мозговой активности в диапазоне от одиннадцати до семнадцати герц, что значительно ниже частоты быстрых колебаний (от девятнадцати до сорока пяти герц), наблюдаемых во время быстрого сна и бодрствования. Эта низкочастотная активность в сочетании с почти полным отсутствием быстрых колебаний во время медленного сна может быть связана со сниженным уровнем сознания в этой фазе.

Быстрые колебания и движения глаз

Исследователи обнаружили, что всплески быстрых таламических колебаний тесно связаны с быстрыми движениями глаз, которые и определяют фазу быстрого сна. Ещё более удивительным оказалось то, что большинство частотных диапазонов колебаний, обнаруженных во время быстрого сна, совпадали с теми, что наблюдались в состоянии бодрствования. И бодрствование, и быстрый сон демонстрировали большую колебательную активность, чем медленный сон, с большим количеством всплесков мозговой активности, в то время как в диапазоне частот сонных веретён колебаний было значительно меньше.

Движения глаз, как объяснили учёные, имеют «всплесковую природу», поэтому они могут предсказывать колебания, происходящие в таламусе. Наблюдения показали больше всплесков в одной из двух микросостояний быстрого сна. Периоды так называемого тонического быстрого сна не сопровождаются движениями глаз, в то время как электроды фиксировали по крайней мере два движения глаз в периоды фазического быстрого сна и в состоянии бодрствования.

Сознание как симуляция

Исследователи сочли особенно интересным тот факт, что колебания так похожи между состояниями сознания, которые в остальном различны. Когда мозг бодрствует, он также бдителен к внешним стимулам и другой сенсорной информации, но эта информация обрабатывается иначе во время быстрого сна. Исследование даёт дополнительную поддержку гипотезе о том, что быстрый сон — это способность мозга моделировать переживания так, как они происходят в бодрствующей жизни. У спящих грызунов уже было показано, что движения глаз влияют на направление головы, подобно тому, как животное поворачивает голову, когда бодрствует. Таким образом, вполне вероятно, что колебания во время быстрого сна моделируют действия, совершаемые во время бодрствования.

«Сообщалось, что быстрый сон, и особенно фазический быстрый сон, порождает яркие сновидения, включающие сознательное переживание, — заявили Штаудигль и Кауфман. — Тот факт, что описанное здесь таламическое колебание характерно для фазического быстрого сна и бодрствования, может свидетельствовать в пользу того, что эти два состояния схожи с точки зрения сознательного доступа».

Новые возможности для лечения

«Обнаружение отличительной колебательной сигнатуры в центральном таламусе, которая различает состояния сознания, открывает возможности для дальнейшего изучения вклада таламуса в состояния сознания у человека и, возможно, для совершенствования методов лечения расстройств сознания», — пояснили учёные в исследовании, опубликованном в журнале «Нейчур Хьюман Бихейвиор».

Пока сонные веретёна важны для консолидации воспоминаний через взаимодействие между таламусом, гиппокампом (отделом мозга, отвечающим за формирование памяти) и корой, они возникают из тормозных нейронов таламуса, которые препятствуют активности других нейронов. Сонные веретёна генерируются именно тормозными нейронами, которые подавляют, а не активируют другие области мозга. Быстрое колебание с частотой от девятнадцати до сорока пяти герц, связанное с быстрым сном и бодрствованием, напротив, возникает из совершенно другого механизма — механизма, который может поддерживать активную сознательную обработку информации, необходимую для порождения ярких сновидений.

Случайное открытие, сделанное в ходе рутинного лечения эпилепсии, возможно, приблизило науку к разгадке одной из её главных тайн. Физический коррелят сознания, который так долго ускользал от исследователей, возможно, скрывался прямо в электрических ритмах нашего собственного мозга. И теперь, когда его обнаружили, вопросы только начинаются. Что именно делают эти колебания? Можно ли их искусственно вызывать или подавлять? И главное — означает ли наличие этих колебаний само сознание или же они лишь его неизбежный спутник?