Сознание человека может быть результатом хаоса в работе нейронных сетей

Головной мозг человека до сих пор хранит множество загадок, одна из которых – природа сознания. Мы часто употребляем выражение "потерять сознание", но на самом деле учёные с трудом могут провести грань, за которой пропадает ощущение реальности окружающего мира.

Предыдущие исследования показали, что в формировании сознания важную роль играет кора головного мозга, которая позволяет одновременно принимать и обрабатывать сигналы от нескольких органов чувств. Например, когда мы видим перед собой круглый оранжевый предмет, чувствуем пальцами структуру кожуры и вдыхаем апельсиновый запах, наш мозг объединяет эти данные, восстанавливает информацию о виденных ранее фруктах и делает вывод, что перед нами не что иное, как апельсин.

"Новый смысл создаётся за счёт взаимодействия вещей, – говорит Энцо Тальяцукки (Enzo Tagliazucchi) из Университета Киля. – Сознание придаёт смысл рисункам из фотонов, попадающих на сетчатку, что отличает нас от простой цифровой камеры. Если мы теряем сознание, мозг всё ещё может принимать эти данные, но не может собрать из них картину реальности".

Для того чтобы найти следы сознания в мозге, Тальяцукки и его коллеги пригласили двенадцать добровольцев, которые согласились погрузиться в медикаментозный сон под действием препарата пропофола, используемого во время хирургических операций. Учёные и хирурги считают, что это вещество полностью лишает мозг способности обрабатывать сигналы, например, поступающие от болевых рецепторов.

Участники входили в состояние общего наркоза, находясь внутри магнитно-резонансного томографа, так что исследователи могли наблюдать за изменением кровоснабжения мозга в процессе бодрствования, погружения в сон, потери сознания и пробуждения.

Как сообщается в статье, опубликованной в издании Royal Society Interface, учёные обнаружили, что в нормальном состоянии мозг генерирует настоящий шквал активности, характер которой постоянно меняется. МРТ зарегистрировал активацию множества нервных сетей, которые пересекались между собой в разных узлах. После введения пропофола количество этих связей стало стремительно сокращаться, а характер нервной деятельности стабилизировался. Казалось, что все сигналы, которые раньше путешествовали в разных направлениях, стали снова и снова выбирать один и тот же путь.

Авторы работы считают, что сознание обеспечивается за счёт хаотической работы нейронных сетей, а наступающая под наркозом стабильность делает мозг очень однородным, и он перестаёт отличать один сигнал от другого.

"Это можно сравнить с автомобилистом в большом городе, – объясняет Тальяцукки. – Если каждый день ехать по одному маршруту из точки А в точку Б, нельзя по-настоящему познакомиться с дорожной сетью. Но если тщательно исследовать все возможные варианты проезда, вы получаете подробную карту, и в критической ситуации можете выбрать оптимальный путь".

Учёные надеются, что дополнительные исследования помогут им найти ту критическую точку, которая вносит хаос в работу нервных сетей и приводит человека в чувство. Это в конечном итоге поможет выводить пациентов из состояния комы, заставляя их мозг выходить из "стабильного" состояния и искать "маршруты объезда".