Еще один маленький шаг к пониманию сознания

Новые исследования показывают, что сознание требует распределенной обработки.

Наше понимание того, как мозг порождает осознанное признание, растет, а отчет в майском выпуске Science расширяет его.

В исследовании были рассмотрены реакции нервного импульсного разряда мозга обезьян на зрительные стимулы. Электроды были имплантированы в четыре зрительные области коры, которые последовательно активируются визуальными стимулами. Стимулом было круговое пятно различного контраста в нижней левой области поля зрения. Обезьяны были выслушаны, когда был доставлен стимул, хотя они видели это или не менялись с контрастом пятна с визуальным фоном. Обезьяны были обучены сообщать, когда они знали, что они видели это место, переместив свой взгляд с центральной точки фиксации на прежнее место пятна примерно на 450 миллисекунд раньше. Обезьяны сообщили непризнанные пятна, переместив взгляд справа от точки фиксации по умолчанию. Следователи налагали задержку на отчетность, чтобы исключить ответ, являющийся простой рефлекс-саккадой. Более длительная задержка была бы более убедительной, но она могла бы облагать рабочую память обезьяны и легко отвлекаться.

Как и ожидалось, пятна достаточного контраста вызывали импульсный разряд в каждой из четырех областей зрительной коры. Независимо от того, сообщала ли обезьяна о том, что именно пятно зависело от того, был ли увеличенный импульсный разряд в области лобной коры, у которого были имплантированные электроды. Несомненно, другие неконтролируемые лобные области также могли быть активированы в условиях, когда сообщалось о признании. Дело в том, что сознательное признание требует одновременной активации широко разделенных областей мозга.

Не показано здесь, как лобная активность взаимодействует с активностью в областях зрительной коры, но это, безусловно, может быть предсказано из исследований в моей лаборатории, опубликованных в 2000 году. Мы показали, что сознательная реализация альтернативного восприятия двусмысленных фигур у людей произошла, когда мозг электрическая активность (ЭЭГ) над зрительными участками кожи головы была сильно синхронизирована в широком диапазоне частот с несколькими лобными областями, как в том же, так и в противоположном полушарии. На рисунке 1 показана топография изменения когерентности в момент реализации для альтернативного восприятия.

• Невидимые раны чувствительного, интенсивного ребенка: часть 2
• Почему люди становятся нарциссами, газовыми лампами и членами культа
• Иногда жизнь страннее, чем художественная литература

Источник: WR Klemm

Рисунок 1. Топографическая справка о p <0,01-уровневой когерентности возрастает по всем 10 неоднозначным цифрам, всем субъектам в полосе 25-50 Гц. Каждый квадрат соответствует данному электроду и показывает, как активность в этом месте стала более согласованной с активностью в других местах в тот момент, когда субъект сознательно реализовал альтернативное восприятие в любой из 10 неоднозначных фигур. От Klemm et al. (2000). В полосе ниже 25 Гц наблюдалось также увеличение ширины когерентности.

Таким образом, кажется, что осмысленный детектируемый сигнал, который не обязательно должен ограничиваться зрением, не только активирует его непосредственные нейронные мишени, но эти клетки-мишени могут вызывать подачу вперед, чтобы активировать активность в более фронтальных областях. Обратная связь с этими фронтальными областями может установить временную блокировку колебаний на широких пространствах коры, что, по-видимому, необходимо для осознанного распознавания. Блокировка времени, вероятно, усиливает сигналы до порога для сознательной реализации.

Обработка распределенного сигнала не обязательно означает, что сознание требует огромных пространств нейронной ткани. Напомним, что в исследованиях расколов мозга в лаборатории Роджера Сперри даже половина мозга может полностью осознавать стимулы, которые он может получить. Магия сознания, похоже, заключается в качественном характере обмена данными, а не в объеме вовлеченной ткани.

Таким образом, основная проблема заключается в том, как осциллирующая связь изолированных цепей усиливает сигналы, чтобы сознательно распознаваться. «Усиление» может быть вводящим в заблуждение словом, поскольку нет убедительных доказательств того, что сознание связано с тем, что у него больше нервных импульсов за единицу времени. Импульсы, конечно, не становятся больше, потому что их величина напряжения ограничена концентрацией и электростатическими градиентами. Скорее, секрет может зависеть от контролируемого времени импульсов. Вероятная форма усиления является результатом реверберации активности когерентных нейронных ансамблей, что может привести к тому, что стимул будет поддерживаться достаточно долго, чтобы быть сознательно обнаруженным, то есть мозгу «видеть» то, что глаза смотрели.

Сознание также может быть просто вопросом улучшения отношения сигнал-шум. Зафиксированная по времени, реверберирующая активность должна быть более изолированной и защищенной от случайной активности, которая неадекватно связана с данным стимулом. Интуитивно это то, что мы ощущаем в повседневном опыте. Когда мы смотрим на дерево, когнитивный шум множества сигналов дерева может скрыть наше наблюдение за птицей на дереве, пока, случайно или намеренно, мы не сможем увидеть птицу.

Это все еще оставляет нам неполный ответ. Что происходит с усилением или уменьшением фонового шума, что делает стимулы сознательно узнаваемыми? Где «кто» в мозге, который реализует? Когда мой мозг видит или слышит что-то, это «я», который сознательно видит или слышит его. Как мой мозг создает мое «я», и где в моем мозгу есть «Я?». Одна из возможностей заключается в том, что бессознательный мозг может выпустить набор уникальных сетевых действий, которые действуют как аватар, придавая мозгу функциональность, иначе иметь. Я разработал эту идею в своем посте «Теория сознания аватаров».

Как этот аватар «Я» нахожу стимул, который он распознает? Он ищет его, как сканирование прожектора через кору для стимулированной стимулом активности? Или, может быть, это не «поиск» ощущения, а скорее вызвано временным существованием, когда стимул приобретает необходимый порог для запуска сознания. Обезьянные эксперименты поддерживают последний вариант. Однако стимул становится признанным, осознание может превзойти триггер. Мы часто сознательно думаем о значении мгновенного стимула, объединяем его с воспоминаниями и разрабатываем убеждения, намерения и ответы, как когнитивные, так и поведенческие, или и то, и другое.

Еще одна вещь нуждается в упоминании. В экспериментах с обезьянами было ясно, что обезьяны постоянно бодрствуют, даже когда они не обнаруживают представленных раздражителей. Таким образом, пробуждение – это не то же самое, что быть сознательным. Мы знаем это также из человеческих экспериментов по невнимательной слепоте, которые показывают, что сознание зависит от избирательного внимания. Бодрствование – необходимое условие для сознания, но само по себе недостаточно.

Рекомендации

Van Vugt, Bram, et al. (2018). Порог для сознательного отчета: потеря сигнала и смещение сигнала в зрительной и лобной коре. Наука. 360 (6388), 537-542.

Klemm, WR, Li, TH и Hernandez, JL (2000). Когерентные показатели ЭЭГ когнитивной привязки при неоднозначных задачах фигуры. Сознание и познание. 9, 66-85.